Elektronikk Grunnleggende: Hva er en halvleder?

April 9  by Eliza

Halvledere brukes mye i elektroniske kretser. Som navnet tilsier, er en halvleder et materiale som leder strøm, men bare delvis. Ledningsevnen av et halvleder er et sted mellom den av en isolator, som har nesten ingen ledningsevne, og en leder, som har nesten full ledningsevne. De halvledere er krystaller laget av visse materialer, som oftest silisium.

For å forstå hvordan halvledere fungere, må du først forstå litt om hvordan elektroner er organisert i et atom. Elektronene i et atom er organisert i lag. Disse lag blir kalt skjell. Den ytterste skall kalles valens skallet.

Elektronene i dette skallet er de som danner obligasjoner med naboatomer. Slike obligasjoner kalles kovalente bindinger. De fleste ledere har bare ett elektron i valensskallet. Halvledere, på den annen side, har vanligvis fire elektroner i deres valens skall.

Hvis alle de nærliggende atomer er av samme type, er det mulig for alle valenselektroner til å binde med valenselektroner fra andre atomer. Når det skjer, atomene ordner seg til strukturer som kalles krystaller. Halvledere er laget av slike krystaller, vanligvis silisiumkrystaller.

Her representerer hver krets et silisiumatom, og linjene mellom atomene representerer de felles elektroner. Hver av de fire valenselektroner i hvert silisiumatom er delt med en nabosilisiumatom. Således blir hvert silisiumatom er bundet til fire andre silisiumatomer.

Elektronikk Grunnleggende: Hva er en halvleder?

Rene silisiumkrystaller er ikke alle som nyttig elektronisk. Men hvis du introdusere små mengder av andre elementer inn i en krystall, starter krystallen å gjennomføre på en interessant måte.

Fremgangsmåte for bevisst å innføre andre elementer inn i en krystall er kalt doping. Elementet innført ved doping kalles et dopemiddel. Ved nøye å kontrollere doping prosessen og dopingsmidler som brukes, kan silisiumkrystaller transformere inn i en av to distinkte typer av ledere:

  • N-type halvleder: Laget når dopemidlet er et element som har fem elektroner i sin valens lag. Fosfor brukes vanligvis for dette formål.

    De fosforatomer delta høyre i krystallstrukturen av silisium, hver en binding med fire tilgrensende silisiumatomer på samme måte som et silisiumatom ville. Fordi fosforatomet har fem elektroner i sin valensskallet, men bare fire av dem er bundet til tilstøtende atomer, er den femte valens elektronet hengende ut med ingenting å binde.

    De ekstra valens elektroner i fosforatomer begynne å oppføre seg som enkeltvalens elektroner i en vanlig dirigent som kobber. De står fritt til å flytte om. Fordi denne type halvleder har ekstra elektroner, kalles det en N-type halvleder.

    Elektronikk Grunnleggende: Hva er en halvleder?

  • P-type halvleder: skjer når dopant (slik som bor) har bare tre elektroner i valens skallet. Når en liten mengde er innlemmet i krystallen, er det atom i stand til å binde med fire silisiumatomer, men siden den bare har tre elektroner for å tilby, blir et hull laget. Hullet oppfører seg som en positiv ladning, slik at halvledere dopet på denne måten blir kalt P-type halvledere.

    Som en positiv ladning, hull tiltrekke elektroner. Men når et elektron beveger seg inn i et hull, forlater elektron et nytt hull i sin forrige posisjon. Derfor, i et P-type halvledere, hullene er i konstant bevegelse rundt i krystall som elektroner hele tiden prøve å fylle dem opp.

    Elektronikk Grunnleggende: Hva er en halvleder?

Når spenning tilføres enten en N-type eller P-type halvleder, flyter strøm, av samme grunn som den strømmer i en vanlig elektrode: Den negative side av spennings presser elektroner, og den positive side trekker dem. Resultatet er at den tilfeldige elektron og hull bevegelse som alltid er til stede i en halvleder blir organisert i en retning, noe som skaper målbar elektrisk strøm.