מוליכים למחצה פנימיים לעומת חיצוניים
מדהים שהאלקטרוניקה המודרנית מבוססת על סוג אחד של חומר, מוליכים למחצה. מוליכים למחצה הם חומרים בעלי מוליכות ביניים בין מוליכים למבודדים. חומרים מוליכים למחצה שימשו באלקטרוניקה עוד לפני המצאת דיודה וטרנזיסטור מוליכים למחצה בשנות ה-40, אך לאחר מכן מוליכים למחצה מצאו יישום עצום בתחום האלקטרוניקה. בשנת 1958, המצאת המעגל המשולב על ידי ג'ק קילבי ממכשירי טקסס העלתה את השימוש במוליכים למחצה בתחום האלקטרוניקה לרמה חסרת תקדים.
באופן טבעי למוליכים למחצה יש את תכונת המוליכות שלהם בגלל נושאי טעינה בחינם. מוליך למחצה כזה, חומר, המראה באופן טבעי תכונות מוליכים למחצה, ידוע בתור מוליך למחצה מהותי. לפיתוח רכיבים אלקטרוניים מתקדמים, מוליכים למחצה שופרו לביצועים עם מוליכות גבוהה יותר על ידי הוספת חומרים או אלמנטים, אשר מגדילים את מספר נושאי המטען בחומר המוליך למחצה. מוליך למחצה כזה ידוע כמוליך למחצה חיצוני.
עוד על מוליכים למחצה פנימיים
מוליכות של כל חומר נובעת מהאלקטרונים המשתחררים לרצועת ההולכה על ידי הערבול התרמי. במקרה של מוליכים למחצה מהותיים, מספר האלקטרונים המשתחררים נמוך יחסית מאשר במתכות, אך גדול יותר מאשר במבודדים. זה מאפשר מוליכות מוגבלת מאוד של זרם דרך החומר. כאשר הטמפרטורה של החומר מוגברת, יותר אלקטרונים נכנסים לפס ההולכה, ומכאן שגם המוליכות של המוליך למחצה עולה.ישנם שני סוגים של נושאי מטען במוליך למחצה, האלקטרונים המשתחררים לפס הערכיות והאורביטלים הפנויים, הידועים יותר בשם החורים. מספר החורים והאלקטרונים במוליך למחצה מהותי שווה. גם חורים וגם אלקטרונים תורמים לזרימת הזרם. כאשר מופעל הפרש פוטנציאל אלקטרונים נעים לכיוון הפוטנציאל הגבוה יותר וחורים נעים לכיוון הפוטנציאל התחתון.
ישנם חומרים רבים הפועלים כמוליכים למחצה, וחלקם יסודות וחלקם תרכובות. סיליקון וגרמניום הם יסודות בעלי תכונות מוליכים למחצה, בעוד שגליום ארסניד הוא תרכובת. בדרך כלל יסודות בקבוצה IV ותרכובות מהיסודות של קבוצות III ו-V, כגון Gallium Arsenide, Aluminium Phosphide ו- Gallium Nitride מציגים תכונות מוליכים למחצה מהותיים.
עוד על מוליכים למחצה חיצוניים
על ידי הוספת אלמנטים שונים, ניתן לשפר את מאפייני המוליכים למחצה כדי להוליך יותר זרם.תהליך ההוספה ידוע בשם סימום בעוד שהחומר שנוסף ידוע בשם הזיהומים. זיהומים מגדילים את מספר נושאי המטען בתוך החומר, ומאפשרים מוליכות טובה יותר. בהתבסס על המוביל שסופק, הזיהומים מסווגים כמקבלים ותורמים. תורמים הם חומרים שיש להם אלקטרונים לא קשורים בתוך הסריג, ומקבלים הם חומרים שמותירים חורים בסריג. עבור מוליכים למחצה מקבוצה IV, יסודות מקבוצה III בורון, אלומיניום פועלים כמקבלים, ואילו יסודות מקבוצה V זרחן וארסן פועלים כתורמים. עבור מוליכים למחצה מורכבים מקבוצה II-V, סלניום, טלוריום פועלים כתורמים, בעוד שבריליום, אבץ וקדמיום פועלים כמקבלים.
אם מוסיפים מספר אטומי קבל בתור טומאה, מספר החורים גדל ולחומר יש עודף של נושאי מטען חיובי מבעבר. לכן, המוליך למחצה המסומם בטומאה מקבל נקרא מוליך למחצה מסוג חיובי או P-Type. באותו אופן, מוליך למחצה המסומם בטומאה תורם, המותיר את החומר בכמות גדולה של אלקטרונים, נקרא מוליך למחצה מסוג שלילי או מסוג N.
מוליכים למחצה משמשים לייצור סוגים שונים של דיודות, טרנזיסטורים ורכיבים נלווים. לייזרים, תאים פוטו-וולטאיים (תאים סולאריים) וגלאי צילום משתמשים גם במוליכים למחצה.
מה ההבדל בין מוליכים למחצה פנימיים וחיצוניים?
