Was sind die verschiedenen Arten von Halbleitern?
Es gibt zwei Grundtypen von Halbleitern; das Intrinsische und das Extrinsische. Das Material, das einen intrinsischen Halbleiter umfasst, befindet sich in einem allgemein reinen Zustand. Der äußere Halbleiter kann weiter als entweder n-Typ oder p-Typ kategorisiert werden. Diesem wurden Verunreinigungen zugesetzt, um einen gewünschten Zustand zu erzeugen. Halbleiter vom N-Typ und vom p-Typ sind äußere Halbleiter, denen unterschiedliche Verunreinigungen zugesetzt wurden und die folglich unterschiedliche Leitfähigkeitseigenschaften aufweisen.
Ein Halbleiter ist üblicherweise ein kristalliner Feststoff, bei dem die Leitfähigkeit aufgrund des Elektronenflusses zwischen der eines Metalls und eines Isolators liegt. Intrinsische Halbleiter sind solche Materialien mit wenig oder keiner Verunreinigung, wobei Silizium am weitesten verbreitet ist. Die Atomgitterstruktur von Siliziumkristallen besteht aus perfekten kovalenten Bindungen, was bedeutet, dass sich nur wenige freie Elektronen bewegen können. Der Kristall ist fast ein Isolator. Wenn die Temperaturen über den absoluten Nullpunkt steigen, steigt die Wahrscheinlichkeit, dass Elektronen im Material fließen.
Dieser Effekt kann erheblich gesteigert werden, indem Verunreinigungen in die Gitterstruktur eingebracht werden, die eine größere Anzahl freier Elektronen zur Verfügung stellen. Der Vorgang des Hinzufügens bestimmter Verunreinigungen zu Halbleitern wird als Dotierung bezeichnet. Die zugesetzte Verunreinigung wird als Dotierstoff bezeichnet. Die Menge an Dotierstoff, die einem intrinsischen Halbleiter zugesetzt wird, ändert proportional seinen Leitfähigkeitsgrad. Extrinsische Halbleiter sind die Produkte des Dotierungsprozesses.
Dotierstoffe werden entweder als Akzeptoren oder als Donoren bezeichnet und verändern die Ladungsträgerkonzentrationen eines Halbleiters. Es gibt zwei Arten von Ladungsträgern in Halbleitern; ein freies Elektron und das Loch, in dem sich das Elektron im Valenzband eines Atoms befand. Das Elektron ist ein negativer Ladungsträger, und das Loch wird als positiver Ladungsträger gleicher Größe angesehen. Donor-Dotierstoffe haben mehr Valenzbandelektronen als das Material, das sie ersetzen, wodurch mehr freie Elektronen entstehen. Akzeptordotierungsmittel haben weniger Valenzbandelektronen als das Material, das sie ersetzen, wodurch mehr Löcher erzeugt werden.
Halbleiter vom N-Typ sind externe Halbleiter, in denen Donordotiermittel verwendet wurden. Eine Zunahme der negativen Elektronenladungsträger ergibt sich. Negative Ladungsträger werden im n-Typ als Majoritätsträger bezeichnet, während positive Ladungsträger als Minoritätsträger bezeichnet werden.
P-Halbleiter sind das Ergebnis der Verwendung von Akzeptordotierungsmitteln. Als kovalente Bindungen der Gitterreform bleiben Löcher in den Valenzbändern des umgebenden Materials zurück. Die Zunahme von Löchern erhöht die Konzentration von positiven Ladungsträgern. Der Mehrheitsträger für den p-Typ wäre positiv und die Minderheit negativ.
Durch Dotierung können Halbleiter mit unterschiedlichen und komplementären Leitfähigkeitseigenschaften hergestellt werden. Eine wichtige Anwendung hierfür ist der pn-Übergang, bei dem p- und n-Halbleiter in engen Kontakt gebracht werden. Ein Effekt des Übergangs besteht darin, dass sich die Löcher und die Elektronen verbinden und Licht erzeugen. Dies ist eine Leuchtdiode (LED). Der pn-Übergang bildet auch eine Diode, bei der Strom in die eine Richtung durch den Übergang fließen kann, nicht jedoch in die andere, was für die digitale Elektronik erforderlich ist.