- Hvad er en halvleder?
- Halvleder applikationer
- Typer af halvledere
- Eksempler på halvledermaterialer
- Ledende materialer
- Isolerende materialer
Vi forklarer, hvad en elektrisk halvleder er, dens typer, anvendelser og eksempler. Derudover ledende og isolerende materialer.
Hvad er en halvleder?
Halvledere er materialer, der er i stand til at fungere som elektriske ledere eller som elektriske isolatorer, afhængigt af de fysiske forhold, de findes under. Disse forhold involverer normalt temperatur og Tryk, forekomsten af stråling eller intensiteterne af elektrisk felt eller magnetfelt som materialet udsættes for.
Halvledere består af kemiske grundstoffer meget varierede indbyrdes, som faktisk kommer fra andre regioner end de Periodiske system, men de deler visse kemiske egenskaber (generelt er de tetravalente), som giver dem deres særlige elektriske egenskaber. I øjeblikket er den mest udbredte halvleder silicium (Si), især i industrien elektronik og af edb.
Sammen med isoleringsmaterialer blev halvledere opdaget i 1727 af den engelske fysiker og naturforsker Stephen Gray (1666-1736), men lovene, der beskriver deres adfærd og egenskaber, blev beskrevet meget senere, i 1821, af den berømte tyske fysiker Georg Simon. Ohm (1789-1854).
Halvleder applikationer
Halvledere er især nyttige i elektronikindustrien, da de tillader kørsel og modulering af elektrisk strøm efter de nødvendige mønstre. Af den grund er det normalt, at de er vant til:
- Transistorer
- Integrerede kredsløb
- Elektriske dioder
- Optiske sensorer
- Solid state lasere
- Elektriske drevmodulatorer (som en elektrisk guitarforstærker)
Typer af halvledere
Halvledere kan være af to forskellige typer, afhængigt af deres reaktion på det fysiske miljø, de er i:
Iboende halvledere
De består af en enkelt type atomer, arrangeret i molekyler tetraedriske (det vil sige fire atomer med en valens på 4) og deres atomer forbundet med kovalente bindinger.
Denne kemiske konfiguration forhindrer bevægelse fri fra elektroner omkring molekylet, bortset fra en stigning i temperaturen: så tager elektronerne en del af Energi tilgængelig og "hoppe", hvilket efterlader et ledigt rum, der er oversat som en positiv ladning, som igen vil tiltrække nye elektroner. Denne proces kaldes rekombination, og mængden af varme nødvendig for dette afhænger af det pågældende kemiske grundstof.
Ekstrinsiske halvledere
Disse materialer tillader en dopingproces, det vil sige, at de tillader en form for urenheder at blive inkluderet i deres atomare konfiguration. Afhængigt af disse urenheder, som kan være pentavalente eller trivalente, er halvledermaterialer opdelt i to:
- N-type ydre halvledere (donorer). I disse typer materialer er elektronerne flere end hullerne eller bærerne af fri ladning ("rum" med positiv ladning). Når en potentialforskel påføres materialet, bevæger de frie elektroner sig til venstre for materialet og hullerne derefter til højre. Når hullerne når yderst til højre, kommer elektroner fra det eksterne kredsløb ind i halvlederen, og transmissionen af elektrisk strøm sker.
- Ekstrinsiske halvledere af P-type (acceptorer). I disse materialer øger den tilføjede urenhed, i stedet for at øge antallet af tilgængelige elektroner, hullerne.Derfor taler vi om tilføjet acceptormateriale, da der er en større efterspørgsel efter elektroner end tilgængelighed, og hvert ledigt "rum", hvor en elektron skal gå, tjener for at lette strømmens passage.
Eksempler på halvledermaterialer
De mest almindelige og brugte halvledere i industri er:
- Silicium (Si)
- Germanium (Ge), ofte i legeringer silicium
- Gallium Arsenid (GaAs)
- Svovl
- Ilt
- Cadmium
- Selen
- indisk
- Andre kemiske materialer hidrørende fra kombinationen af grundstoffer fra gruppe 12 og 13 i det periodiske system med grundstoffer fra henholdsvis gruppe 16 og 15.
Ledende materialer
I modsætning til halvledere, hvis elektriske ledningsegenskaber varierer, er ledende materialer altid klar til at transmittere elektricitet, på grund af dens atomers elektroniske konfiguration. Denne ledningsevne kan svinge og til en vis grad blive påvirket af miljøets fysiske tilstand siden elektrisk ledningsevne det er ikke absolut.
Eksempler på ledende materialer er langt de fleste af metaller (jern, kviksølv, kobber, aluminium osv.) og Vand.
Isolerende materialer
Endelig er isoleringsmaterialer dem, der modstår ledning af elektricitet, dvs. som forhindrer passage af elektroner og de er derfor nyttige til at beskytte sig mod elektricitet, for at forhindre den i at køre frit forløb eller kortslutte. Isolatorer isolerer heller ikke hundrede procent effektivt. De har en grænse (nedbrudsspænding), over hvilken energien er så intens, at de ikke kan opretholde deres tilstand som isolatorer og derfor transmitterer elektrisk strøm, i det mindste i en vis grad.
Eksempler på isoleringsmaterialer er plast, keramik, glas, træ og papir.