De meest elementaire definitie van een halfgeleider is een elektrisch onderdeel dat een deel van de tijd elektriciteit geleidt. Elektriciteit is een essentieel onderdeel van ons dagelijks leven en is vrijwel overal aanwezig. In elk huis zijn er apparaten, televisietoestellen, satellietsystemen en een grote verscheidenheid van kleinere voorwerpen die op elektriciteit werken. Om deze apparaten te laten werken moet elektriciteit ze bereiken via draden waar elektriciteit doorheen kan stromen. Een geleider is eenvoudigweg een materiaal dat het vermogen heeft om deze benodigde elektriciteit te geleiden. Halfgeleiders geleiden ook elektriciteit, maar slechts in mindere mate dan gewone geleiders. De hoeveelheid elektriciteit die wordt geleid, hangt af van het soort materiaal dat wordt gebruikt, alsmede van de samenstelling en de grootte ervan. Halfgeleiders zijn gemaakt van speciale materialen die een geleidingsvermogen mogelijk maken dat het midden houdt tussen dat van een isolator en dat van een geleider. Dit betekent gewoon dat het enkele zeer unieke fysische eigenschappen heeft die het midden houden tussen isolatoren zoals glas en aluminium zoals geleiders. Een proces dat “doping” wordt genoemd, wordt gebruikt om onzuiverheden aan zuivere halfgeleiders toe te voegen, waardoor het geleidingsvermogen van het materiaal letterlijk verandert.
.
Wat maakt halfgeleiders belangrijk?
Om te begrijpen hoe belangrijk de taak van halfgeleiders is, is het van belang het fundamentele verschil tussen elektronica en elektriciteit te begrijpen. Beide hebben op een bepaalde manier te maken met elektrische energie en kunnen deze opwekken, overbrengen en gebruiken. Het belangrijkste verschil tussen deze twee is dat elektriciteit zich in de eerste plaats bezighoudt met het gebruik van elektrische energie in reële levenstoepassingen zoals verlichting, verwarming of motoren. Elektronica daarentegen houdt zich voornamelijk bezig met toepassingen zoals vermogensregeling of communicatie. Voorbeelden van elektronische apparaten zijn thermostaten, radio’s of snelheidsregelaars voor elektrische motoren. Het echte belang van een halfgeleider is dat hij zowel een isolator als een geleider kan zijn. Een halfgeleider kan worden gebruikt in de hoedanigheid van een geleider of een isolator. Verschillende omstandigheden kunnen het geleidingsvermogen van een halfgeleider beïnvloeden. Wanneer verschillende types halfgeleiders worden gecombineerd, kunnen zij speciale elektrische eigenschappen genereren in diverse toestellen door de controle van specifieke elektrische signalen mogelijk te maken. Halfgeleiders worden vaak gebruikt bij de fabricage van elektronische apparaten en geïntegreerde schakelingen.
Verschillende types halfgeleiders
Er zijn twee basiscategorieën halfgeleiders: Extrinsieke en Intrinsieke. Intrinsieke halfgeleiders zijn gemaakt van zeer zuivere materialen en zijn daarom zeer slechte geleiders. De intrinsieke halfgeleiders hebben een gelijk aantal negatieve en positieve dragers, die respectievelijk elektronen en gaten worden genoemd. Een extrinsieke halfgeleider is een halfgeleider waarbij het geleidingsvermogen wordt verbeterd door de toevoeging van onzuiverheden, het dopingproces. Doping kan twee verschillende categorieën halfgeleiders opleveren: negatief geladen (n-type) of positief geladen (p-type). Halfgeleiders zijn verkrijgbaar als verbinding of als element. De meest voorkomende en basishalfgeleiders zijn silicium en germanium. Zowel silicium als germanium halfgeleiders hebben een kristallijne structuur die het “diamantrooster” wordt genoemd. Dit betekent dat het atoom zich in het centrum bevindt en al zijn buren zich rond de hoeken van de tetraëder bevinden. Er zijn veel verschillende zuivere element-halfgeleiders, maar ook legeringen en verbindingen. Samengestelde halfgeleiders hebben het voordeel dat zij een zeer breed gamma van mobiliteiten en energiekloven kunnen bieden. Dit betekent eenvoudigweg dat de materialen kwaliteiten en eigenschappen hebben die beantwoorden aan zeer specifieke vereisten. Om deze reden worden sommige halfgeleiders beschouwd als halfgeleiders met een brede bandkloof.
Waarom zijn de eigenschappen van een halfgeleider belangrijk?
Halfgeleiders hebben talrijke eigenschappen die geleiders en isolatoren niet hebben. Deze eigenschappen worden bepaald door de elektronen die van de valantieband kunnen overgaan naar de geleidingsband of omgekeerd. Een van de dingen die een elektron kunnen beïnvloeden en het de extra energie kunnen geven om de sprong naar de geleidingsband te maken, is de temperatuur. Dit laat natuurlijk ook een gat achter in de valentieband waar het elektron zich eerder bevond. Licht kan ook een element zijn dat een energiestoot geeft om een “elektron-gat”-paar te creëren. Dit proces wordt absorptie genoemd. Wanneer de stroom in een halfgeleider wordt verhoogd door de absorptie van fotonen, wordt dit fotogeleidbaarheid genoemd. Fotonen hebben verschillende energieën. Het foton is een met licht geassocieerd deeltje dat zich zowel als golf als als deeltje kan gedragen.

Geef een antwoord

Het e-mailadres wordt niet gepubliceerd.