Verschil tussen Intrinsic en Extrinsic Semiconductor

Intrinsic vs Extrinsic Semiconductor

Het is opmerkelijk dat de moderne elektronica is gebaseerd op één type materiaal, halfgeleiders. Halfgeleiders zijn materialen met een tussengeleidbaarheid tussen geleiders en isolatoren. Halfgeleidermaterialen werden al in de elektronica gebruikt voor de uitvinding van halfgeleiderdiode en transistor in de jaren '40, maar daarna vonden halfgeleiders een enorme toepassing op het gebied van elektronica. In 1958 verhoogde de uitvinding van het geïntegreerde circuit door Jack Kilby van Texas-instrumenten het gebruik van halfgeleiders op het gebied van elektronica tot een ongekend niveau.

Natuurlijk hebben halfgeleiders hun eigenschap van geleidbaarheid vanwege gratis ladingdragers. Zo'n halfgeleider, een materiaal dat van nature halfgeleidende eigenschappen vertoont, staat bekend als een intrinsieke halfgeleider. Voor de ontwikkeling van geavanceerde elektronische componenten, werden halfgeleiders verbeterd om beter geleidbaar te zijn door materialen of elementen toe te voegen, waardoor het aantal ladingsdragers in het halfgeleidermateriaal toeneemt. Zo'n halfgeleider staat bekend als een extrinsieke halfgeleider.

Meer over Intrinsic Semiconductors

Geleidbaarheid van elk materiaal is te wijten aan de elektronen die door de thermische agitatie aan de geleidingsband zijn afgegeven. In het geval van intrinsieke halfgeleiders is het aantal vrijgekomen elektronen relatief lager dan in de metalen, maar groter dan in de isolatoren. Dit maakt een zeer beperkte geleidbaarheid van stroom door het materiaal mogelijk. Wanneer de temperatuur van het materiaal wordt verhoogd, gaan meer elektronen de geleidingsband binnen en neemt derhalve ook de geleidbaarheid van de halfgeleider toe. Er zijn twee soorten ladingsdragers in een halfgeleider, de elektronen die in de valentieband worden vrijgegeven en de lege orbitalen, beter bekend als de gaten. Het aantal gaten en elektronen in een intrinsieke halfgeleider zijn gelijk. Zowel gaten als elektronen dragen bij aan de huidige stroom. Wanneer een potentiaalverschil wordt toegepast, bewegen elektronen naar de hogere potentiaal en gaan gaten naar de lagere potentiaal.

Er zijn veel materialen die fungeren als halfgeleiders, en sommige zijn elementen en sommige zijn verbindingen. Silicium en germanium zijn elementen met halfgeleidende eigenschappen, terwijl Gallium Arsenide een verbinding is. Over het algemeen vertonen elementen in groep IV en verbindingen uit de elementen van de groepen III en V, zoals Gallium Arsenide, aluminiumfosfide en galliumnitride, intrinsieke halfgeleider eigenschappen.

Meer over Extrinsic Semiconductors

Door verschillende elementen toe te voegen, kunnen de halfgeleidereigenschappen worden verfijnd om meer stroom te geleiden. Het toevoegingsproces staat bekend als doping, terwijl het toegevoegde materiaal bekend staat als de onzuiverheden. Onzuiverheden verhogen het aantal ladingsdragers in het materiaal, waardoor een betere geleiding mogelijk is. Op basis van de geleverde vervoerder worden de onzuiverheden geclassificeerd als acceptanten en donoren. Donors zijn materialen die ongebonden elektronen in het rooster hebben en acceptoren zijn materialen die gaten in het rooster achterlaten. Voor groep IV halfgeleiders fungeren groep III-elementen Borium, aluminium als acceptoren, terwijl groep V-elementen fosfor en arseen fungeren als donoren. Voor halfgeleiders uit groep II-V werken Selenium en Tellurium als donoren, terwijl Beryllium, zink en cadmium als acceptoren fungeren.

Als een aantal acceptoratomen als onzuiverheid wordt toegevoegd, neemt het aantal gaten toe en heeft het materiaal een overmaat aan positieve ladingsdragers dan daarvoor. Daarom wordt de halfgeleider gedoteerd met acceptoronzuiverheid een positief-type of P-type halfgeleider genoemd. Op dezelfde manier wordt een halfgeleider gedoteerd met donoronzuiverheid, die het materiaal in overmaat van elektronen laat, een negatieve type of N-type halfgeleider genoemd.

Halfgeleiders worden gebruikt om verschillende soorten dioden, transistors en gerelateerde componenten te produceren. Lasers, fotovoltaïsche cellen (zonnecellen) en fotodetectoren maken ook gebruik van halfgeleiders.

Wat is het verschil tussen Intrinsic en Extrinsic Semiconductors?

• Halfgeleiders die niet zijn gedoteerd zijn bekend als intrinsieke halfgeleiders, terwijl een halfgeleidermateriaal gedoteerd met verontreinigingen bekend staat als een extrinsieke halfgeleider.

• Het aantal positieve ladingsdragers (gaten) en de negatieve ladingsdragers zijn gelijk in intrinsieke halfgeleiders, terwijl door het toevoegen van onzuiverheden het aantal ladingsdragers wordt veranderd; dus ongelijk in extrinsieke halfgeleiders.

• Intrinsieke halfgeleiders hebben een relatief lagere geleiding dan de extrinsieke halfgeleiders.