Wat zijn de verschillende soorten halfgeleiders?
Er zijn twee basistypen halfgeleiders; het intrinsieke en het extrinsieke. Het materiaal dat een intrinsieke halfgeleider omvat bevindt zich in een in het algemeen zuivere toestand. De extrinsieke halfgeleider kan verder worden gecategoriseerd als n-type of p-type. Dit is er een waaraan onzuiverheden zijn toegevoegd om een gewenste toestand te produceren. N-type en p-type halfgeleiders zijn extrinsieke halfgeleiders waaraan verschillende onzuiverheden zijn toegevoegd en hebben derhalve verschillende geleidende eigenschappen.
Een halfgeleider is meestal een kristallijne vaste stof waarin de geleidbaarheid ten gevolge van elektronenstroom tussen die van een metaal en een isolator ligt. Intrinsieke halfgeleiders zijn dergelijke materialen met weinig of geen onzuiverheden, waarbij silicium het meest wordt gebruikt. De atoomroosterstructuur van siliciumkristallen bestaat uit perfecte covalente bindingen, wat betekent dat er weinig vrije elektronen kunnen bewegen. Het kristal is bijna een isolator. Naarmate temperaturen boven het absolute nulpunt stijgen, neemt de kans op het induceren van elektronenstroom in het materiaal toe.
Dit effect kan aanzienlijk worden vergroot door onzuiverheden in de roosterstructuur te introduceren die een groter aantal vrije elektronen beschikbaar maken. Het proces van het toevoegen van bepaalde onzuiverheden aan halfgeleiders wordt doping genoemd. De toegevoegde onzuiverheid wordt de doteerstof genoemd. De hoeveelheid doteerstof die wordt toegevoegd aan een intrinsieke halfgeleider verandert evenredig het geleidingsniveau. Extrinsieke halfgeleiders zijn de producten van het dopingproces.
Dopanten worden aangeduid als acceptor of donor en veranderen de ladingsdragerconcentraties van een halfgeleider. Er zijn twee soorten ladingsdragers in halfgeleiders; een vrij elektron en het gat waar het elektron zich in de valentieband van een atoom bevond. Het elektron is een negatieve ladingsdrager en het gat wordt beschouwd als een positieve ladingsdrager van dezelfde grootte. Donor doteerstoffen hebben meer valentiebandelektronen dan het materiaal dat het vervangt, waardoor meer vrije elektronen mogelijk zijn. Acceptant doteerstoffen hebben minder valentiebandelektronen dan het materiaal dat het vervangt, waardoor meer gaten ontstaan.
N-type halfgeleiders zijn extrinsieke halfgeleiders waarin donor doteermiddelen zijn gebruikt. Een toename van negatieve elektronladingsdragers is het gevolg. Negatieve ladingsdragers worden in het n-type de meerderheidsdrager genoemd, terwijl positieve ladingsdragers de minderheid worden genoemd.
P-type halfgeleiders zijn het resultaat van het gebruik van acceptor doteermiddelen. Als de covalente bindingen van de roosterhervorming, blijven er gaten achter in de valentiebanden van het omringende materiaal. De toename van gaten verhoogt de concentratie van positieve ladingsdragers. De meerderheidsdrager voor het p-type zou positief zijn en de minderheid negatief.
Door doping kunnen halfgeleiders worden geproduceerd met verschillende en complementaire geleidende eigenschappen. Een belangrijke toepassing hiervan is de pn-overgang, waarbij p-type en n-type halfgeleiders in nauw contact worden gebracht. Een effect van de kruising is om de gaten en de elektronen te laten combineren, waardoor licht wordt geproduceerd. Dit is een light-emitting diode (LED). De pn-kruising vormt ook een diode waar elektriciteit in de ene richting door de kruising kan stromen, maar niet in de andere, een vereiste voor digitale elektronica.