Puolijohteen yksinkertaisin määritelmä olisi sähköinen komponentti, joka johtaa sähköä osan ajasta. Sähkö on olennainen osa jokapäiväistä elämäämme, ja sitä on käytännössä kaikkialla. Jokaisessa kodissa on kodinkoneita, televisioita, satelliittijärjestelmiä ja monenlaisia pienempiä esineitä, jotka toimivat sähköllä. Jotta nämä esineet toimisivat, sähkön on päästävä niihin johtojen kautta, jotka päästävät sähkön kulkemaan niiden läpi. Johtaja on yksinkertaisesti materiaali, jolla on kyky johtaa tarvittavaa sähköä. Myös puolijohteet johtavat sähköä, mutta vain vähäisemmässä määrin kuin tavalliset johtimet. Johtavan sähkön määrä riippuu käytetyn materiaalin tyypistä sekä sen sekoituksesta ja koosta. Puolijohteet on valmistettu erityismateriaaleista, jotka mahdollistavat eristeen ja johtimen välimaastossa olevan johtavuuden. Tämä tarkoittaa vain sitä, että niillä on joitakin hyvin ainutlaatuisia fysikaalisia ominaisuuksia, jotka ovat jossain lasin kaltaisten eristeiden ja alumiinin kaltaisten johtimien välissä. Puhtaisiin puolijohteisiin lisätään epäpuhtauksia dopingiksi kutsutun prosessin avulla, mikä kirjaimellisesti muuttaa materiaalin johtavuutta.
.
Mikä tekee puolijohteista tärkeitä?
Voidaksemme ymmärtää, kuinka tärkeää puolijohteiden työ on, on tärkeää ymmärtää elektroniikan ja sähkön välinen perusero. Molemmat liittyvät tavallaan sähköenergiaan, ja ne voivat tuottaa, siirtää ja hyödyntää sitä. Ensisijainen ero näiden kahden välillä on se, että sähkö liittyy periaatteessa sähköenergian käyttöön tosielämän sovelluksissa, kuten valaistuksessa, lämmityksessä tai moottoreissa. Elektroniikka taas käsittelee ensisijaisesti sovelluksia, kuten tehonsäätöä tai viestintää. Esimerkkejä elektronisista laitteista ovat termostaatit, radiot tai sähkömoottorin nopeuden säätimet. Puolijohteen todellinen merkitys on siinä, että ne voivat olla sekä eristeitä että johtimia. Puolijohdetta voidaan käyttää johtimena tai eristeenä. Vaihtelevat olosuhteet voivat vaikuttaa puolijohteen johtavuuteen. Kun useita erityyppisiä puolijohteita yhdistetään, ne voivat tuottaa erityisiä sähköisiä ominaisuuksia erilaisiin laitteisiin mahdollistamalla tiettyjen sähköisten signaalien hallinnan. Puolijohteita käytetään usein elektronisten laitteiden ja integroitujen piirien valmistuksessa.
Puolijohteiden eri tyypit
Puolijohteita on kahta perusluokkaa: Extrinsic ja Intrinsic. Sisäiset puolijohteet on valmistettu hyvin puhtaista materiaaleista ja siksi ne ovat hyvin huonoja johtimia. Sisäisissä puolijohteissa on yhtä monta negatiivista ja positiivista kantajaa, joita kutsutaan elektroneiksi ja rei’iksi. Ekstrinsinen puolijohde on puolijohde, jonka johtavuutta parannetaan lisäämällä epäpuhtauksia eli seostamalla. Dopingmenetelmällä voidaan tuottaa kahteen eri luokkaan kuuluvia puolijohteita: negatiivinen varaus (n-tyyppi) tai positiivinen varaus (p-tyyppi). Puolijohteita on saatavana joko yhdisteenä tai alkuaineena. Yleisimmät ja perustavimmat puolijohteet ovat pii ja germanium. Sekä pii- että germaniumpuolijohteilla on kiderakenne, jota kutsutaan ”timanttiverkoksi”. Tämä tarkoittaa, että atomi on keskellä ja kaikki sen naapurit sijaitsevat tetraedrin kulmissa. Puhtaiden alkuaineiden puolijohteita sekä seoksia ja yhdisteitä on monia erilaisia. Yhdistepuolijohteiden etuna on se, että niillä voidaan tarjota hyvin laaja valikoima liikkuvuuksia ja energia-aukkoja. Tämä tarkoittaa yksinkertaisesti sitä, että materiaaleilla on ominaisuuksia ja ominaisuuksia, jotka vastaavat hyvin erityisiä vaatimuksia. Tästä syystä on olemassa joitakin puolijohteita, joita pidetään laajakaistaisina puolijohteina.
Miksi puolijohteen ominaisuudet ovat tärkeitä?
Puolijohteilla on lukuisia ominaisuuksia, joita johtajilla ja eristeillä ei ole. Nämä ominaisuudet määräytyvät elektronien mukaan, jotka pystyvät hyppäämään valanssikaistasta johtokaistalle tai päinvastoin. Lämpötila on yksi niistä asioista, jotka voivat vaikuttaa elektroniin ja antaa sille ylimääräistä energiaa hypätä johtokaistalle. Tällöin valenssikaistalle, jossa elektroni aiemmin sijaitsi, jää tietysti myös aukko. Valo voi myös olla elementti, joka antaa energiapotkua ”elektroni-aukko”-parin synnyttämiseksi. Tätä prosessia kutsutaan absorptioksi. Kun virta puolijohteessa lisääntyy fotonien absorption vuoksi, puhutaan fotojohtavuudesta. Fotoneilla on erilaisia energioita. Fotoni on valoon liittyvä hiukkanen, joka voi käyttäytyä joko aaltona tai hiukkasena

.

Vastaa

Sähköpostiosoitettasi ei julkaista.