Forskellige typer af halvlederkomponenter

I denne artikel vil vi se lidt om halvlederkomponenter generelt, hvad der er nogle almindeligt kendte typer af halvlederkomponenter og mange andre aspekter af halvledere.

Outline

Introduktion
Hvad er en halvleder?
Halvledermaterialer
Hvad er halvlederkomponenter?
Hvorfor halvledere?
Forskellige typer af halvlederkomponenter
To-terminal halvlederkomponenter
Tre-terminal halvlederkomponenter
Anvendelsesområder for halvlederkomponenter

Introduktion

I løbet af de sidste 70 år er halvledere blevet et afgørende element i fremstillingen af elektronik. Siden opfindelsen af transistoren har elektronikverdenen altid været på en eksponentiel kurve med hensyn til forskning, udvikling, fremstilling og udvikling af nye anordninger og teknologier.

Elektroniske anordninger handler om håndtering af information, dvs. højhastighedsoverførsel, -indsamling og -behandling inden for industri og fremstilling, kommunikation, kunst, kunst, medicin og endda krigsførelse.

Men alt dette kan føres tilbage til kernen i den moderne elektronik og dens fremstilling: Selv om et elektronisk system fremstilles ved hjælp af metaller, isolatorer og halvledere (mere om disse senere), anses halvlederne for at være rygraden i elektronikken.

Hvad er en halvleder?

Hvor vi går ind i diskussionen om de forskellige typer af halvledere, er det vigtigt at have en idé om, hvad en halvleder er.

Halvledere er forenklet sagt materialer, der hverken er ledere eller isolatorer. Hvis vi uddyber dette lidt mere, inddeles materialer i ledere, isolatorer og halvledere på baggrund af deres evne til at lede elektricitet.

Ledere er materialer med en meget god evne til at lede elektricitet. Normalt har metaller en god elektrisk ledningsevne, og du kan finde kobber eller aluminium i dit hjems elektriske ledninger.

Imodsat er isolatorer materialer med en meget dårlig elektrisk ledningsevne. Glas, træ og papir er gode eksempler på isolatorer.

Lad os nu tale om den vigtige materialekategori for vores diskussion, dvs. halvledere. Ved stuetemperatur er halvledere materialer med en lavere elektrisk ledningsevne end ledere, men med en højere elektrisk ledningsevne end isolatorer.

BEMÆRK: For at få en mere detaljeret forståelse af halvledere skal man grave sig dybt ned i den smukke og komplicerede kvantemekanik, som “helt sikkert” ligger uden for rammerne af denne diskussion.

Halvledermaterialer

Såfremt man taler om elektrisk ledningsevne med enhederne Ω-1 cm-1, er halvledermaterialer materialer med en elektrisk ledningsevne mellem 10-9 Ω-1 cm-1 og 102 Ω-1 cm-1.

Traditionelt betragtes gruppe IV-elementer som silicium (Si) og germanium (Ge) som elementære halvledermaterialer, dvs. halvledere med kun et enkelt atomart.

Der findes andre typer af halvledermaterialer, som kan dannes ved at kombinere elementer fra gruppe III med elementer fra gruppe V, og de kaldes sammensatte halvledere. Galliumarsenid (GaAs) er det mest kendte halvledermateriale i denne kategori, og det er faktisk det næstmest anvendte halvledermateriale efter silicium.

Hvad er halvlederkomponenter?

Med enkle ord er halvlederkomponenter en type elektroniske komponenter, der er designet, udviklet og fremstillet på grundlag af halvledermaterialer som silicium (Si), germanium (Ge) og galliumarsenid (GaAs).

Siden deres anvendelse i slutningen af 1940’erne (eller begyndelsen af 1950’erne) er halvledere blevet det vigtigste materiale i fremstillingen af elektronik og dens varianter som f.eks. optoelektronik og termoelektronik.

Forud for anvendelsen af halvledermaterialer i elektroniske anordninger blev vakuumrør anvendt til konstruktion af elektroniske komponenter. Den væsentligste forskel mellem vakuumrør og halvlederkomponenter er, at i vakuumrør foregår elektronernes ledning i gasform, mens det i tilfælde af halvlederkomponenter sker i “fast tilstand”.

Halvlederkomponenter findes både som diskrete komponenter og som integrerede kredsløb.

Hvorfor halvledere?

Den vigtigste grund til at anvende halvlederkomponenter (og dermed de underliggende halvledermaterialer) til fremstilling af elektroniske enheder og komponenter er evnen til let at manipulere deres ledningsevne for ladningsbærere, dvs. elektroner og huller.

Som tidligere nævnt ligger den elektriske ledningsevne for halvledermaterialer mellem den elektriske ledningsevne for ledere og isolatorer. Selv denne ledningsevne kan styres yderligere af eksterne eller interne faktorer som f.eks. elektrisk felt, magnetfelt, lys, temperatur og mekanisk forvrængning.

Hvis man indtil videre ser bort fra de eksterne faktorer som temperatur og lys, udføres der generelt en proces kaldet Doping på halvledermaterialerne, hvor der indføres en urenhed i deres struktur for at ændre de strukturelle såvel som elektriske egenskaber.

En ren halvleder er kendt som intrinsisk halvleder, mens en uren eller doteret halvleder er kendt som ekstrinsisk halvleder.

Når antallet af frie elektroner i halvlederstrukturen øges efter dotering, er halvlederen kendt som n-type halvleder. Tilsvarende, hvis antallet af huller øges, er den kendt som p-type halvleder.