Ποιοι είναι οι διαφορετικοί τύποι ημιαγωγών;

Υπάρχουν δύο βασικοί τύποι ημιαγωγών. το εγγενές και το εξωγενές. Το υλικό που περιλαμβάνει έναν εγγενή ημιαγωγό βρίσκεται σε γενικά καθαρή κατάσταση. Ο εξωτερικός ημιαγωγός μπορεί περαιτέρω να κατηγοριοποιηθεί είτε ως τύπου n είτε ως τύπου p. Αυτό είναι ένα στο οποίο έχουν προστεθεί ακαθαρσίες για να παραχθεί η επιθυμητή κατάσταση. Οι ημιαγωγοί τύπου Ν και τύπου p είναι εξωγενείς ημιαγωγοί στους οποίους έχουν προστεθεί διαφορετικές ακαθαρσίες και κατά συνέπεια έχουν διαφορετικές αγώγιμες ιδιότητες.

Ένας ημιαγωγός είναι συνήθως ένα κρυσταλλικό στερεό στο οποίο η αγωγιμότητα λόγω της ροής ηλεκτρονίων είναι μεταξύ εκείνης ενός μετάλλου και ενός μονωτή. Οι εγγενείς ημιαγωγοί είναι τέτοια υλικά με λίγη ή καθόλου ακαθαρσία, με το πυρίτιο να είναι το πιο ευρέως χρησιμοποιούμενο. Η δομή του ατομικού πλέγματος των κρυστάλλων πυριτίου αποτελείται από τέλειους ομοιοπολικούς δεσμούς, πράγμα που σημαίνει ότι υπάρχουν λίγα ελεύθερα ηλεκτρόνια για κίνηση. Ο κρύσταλλος είναι σχεδόν μονωτής. Καθώς οι θερμοκρασίες ανεβαίνουν πάνω από το απόλυτο μηδέν, αυξάνεται η πιθανότητα πρόκλησης ροής ηλεκτρονίων στο υλικό.

Αυτό το αποτέλεσμα μπορεί να αυξηθεί σημαντικά με την εισαγωγή ακαθαρσιών στη δομή του πλέγματος που καθιστούν διαθέσιμο μεγαλύτερο αριθμό ελεύθερων ηλεκτρονίων. Η διαδικασία προσθήκης ορισμένων ακαθαρσιών σε ημιαγωγούς αναφέρεται ως ντόπινγκ. Η πρόσμιξη που προστίθεται ονομάζεται πρόσμιξη. Η ποσότητα της πρόσμιξης που προστίθεται σε έναν εγγενή ημιαγωγό αλλάζει αναλογικά το επίπεδο αγωγιμότητάς του. Οι εξωγενείς ημιαγωγοί είναι τα προϊόντα της διαδικασίας ντόπινγκ.

Τα πρόσθετα ονομάζονται είτε ως αποδέκτες είτε ως δότες και αλλάζουν τις συγκεντρώσεις του φορέα φορτίου ενός ημιαγωγού. Υπάρχουν δύο τύποι φορέων φορτίου στους ημιαγωγούς. ένα ελεύθερο ηλεκτρόνιο και την οπή όπου βρισκόταν το ηλεκτρόνιο στη ζώνη σθένους ενός ατόμου. Το ηλεκτρόνιο είναι φορέας αρνητικού φορτίου και η οπή θεωρείται φορέας θετικού φορτίου του ίδιου μεγέθους. Οι προσμίξεις δότη έχουν περισσότερα ηλεκτρόνια ζώνης σθένους από το υλικό που αντικαθιστά, επιτρέποντας περισσότερα ελεύθερα ηλεκτρόνια. Οι προσμίξεις δέκτη έχουν λιγότερα ηλεκτρόνια ζώνης σθένους από το υλικό που αντικαθιστά, δημιουργώντας περισσότερες οπές.

Οι ημιαγωγοί τύπου Ν είναι εξωγενείς ημιαγωγοί στους οποίους έχουν χρησιμοποιηθεί προσμίξεις δότη. Προκύπτει μια αύξηση στους φορείς αρνητικού φορτίου ηλεκτρονίων. Οι φορείς αρνητικού φορτίου ονομάζονται πλειοψηφικοί φορείς στον τύπο n, ενώ οι φορείς θετικού φορτίου ονομάζονται μειοψηφία.

Οι ημιαγωγοί τύπου P είναι το αποτέλεσμα της χρήσης προσμείξεων δέκτη. Καθώς οι ομοιοπολικοί δεσμοί του πλέγματος αναμορφώνονται, αφήνονται τρύπες στις ζώνες σθένους του περιβάλλοντος υλικού. Η αύξηση των οπών αυξάνει τη συγκέντρωση των φορέων θετικού φορτίου. Ο φορέας της πλειοψηφίας για τον τύπο p θα ήταν θετικός και ο μειοψηφικός αρνητικός.
Με ντόπινγκ, μπορούν να παραχθούν ημιαγωγοί με διαφορετικές και συμπληρωματικές αγώγιμες ιδιότητες. Μια σημαντική εφαρμογή αυτού είναι η σύνδεση pn, όπου οι ημιαγωγοί τύπου p και τύπου n έρχονται σε στενή επαφή. Ένα αποτέλεσμα της διασταύρωσης είναι να επιτρέπει στις οπές και τα ηλεκτρόνια να συνδυαστούν, παράγοντας φως. Αυτή είναι μια δίοδος εκπομπής φωτός (LED). Η διασταύρωση pn σχηματίζει επίσης μια δίοδο όπου η ηλεκτρική ενέργεια μπορεί να ρέει προς μια κατεύθυνση μέσω της διασταύρωσης αλλά όχι προς την άλλη, μια απαίτηση για ψηφιακά ηλεκτρονικά.