Verschiedene Arten von Halbleiterbauelementen

In diesem Artikel werden wir ein wenig über Halbleiterbauelemente im Allgemeinen erfahren, welche Arten von Halbleiterbauelementen allgemein bekannt sind und viele andere Aspekte von Halbleitern betrachten.

Überblick

Einführung
Was ist ein Halbleiter?
Halbleitermaterialien
Was sind Halbleiterbauelemente?
Warum Halbleiter?
Verschiedene Arten von Halbleiterbauelementen
Zwei-terminal Semiconductor Devices
Drei-Halbleiterbauelemente
Anwendungen von Halbleiterbauelementen

Einführung

In den letzten 70 Jahren wurden Halbleiter zu einem entscheidenden Element bei der Herstellung von Elektronik. Seit der Erfindung des Transistors hat sich die Welt der Elektronik in Bezug auf Forschung, Entwicklung, Herstellung und Entwicklung neuer Geräte und Technologien exponentiell entwickelt.

Bei elektronischen Geräten geht es um die Verarbeitung von Informationen, d.h. um Hochgeschwindigkeitsübertragung, -erfassung und -verarbeitung in den Bereichen Industrie und Fertigung, Kommunikation, Kunst, Medizin und sogar in der Kriegsführung.

Aber all dies lässt sich auf das Herzstück der modernen Elektronik und ihrer Herstellung zurückführen: Halbleiterbauelemente.

Auch wenn ein elektronisches System mit Hilfe von Metallen, Isolatoren und Halbleitern hergestellt wird (mehr dazu später), gelten die Halbleiter als das Rückgrat der Elektronik.

Was ist ein Halbleiter?

Bevor wir uns mit den verschiedenen Arten von Halbleiterbauelementen beschäftigen, ist es wichtig zu wissen, was ein Halbleiter ist.

Einfach gesagt sind Halbleiter Materialien, die weder Leiter noch Isolatoren sind. Wenn man etwas genauer darüber nachdenkt, werden Materialien aufgrund ihrer Fähigkeit, Elektrizität zu leiten, in Leiter, Isolatoren und Halbleiter eingeteilt.

Leiter sind Materialien mit einer sehr guten elektrischen Leitfähigkeit. In der Regel haben Metalle eine gute elektrische Leitfähigkeit und man findet Kupfer oder Aluminium in den elektrischen Leitungen in deinem Haus.

Im Gegensatz dazu sind Isolatoren Materialien mit einer sehr schlechten elektrischen Leitfähigkeit. Glas, Holz und Papier sind gute Beispiele für Isolatoren.

Lassen Sie uns nun über die wichtigste Materialkategorie für unsere Diskussion sprechen, nämlich die Halbleiter. Bei Raumtemperatur sind Halbleiter Materialien mit geringerer elektrischer Leitfähigkeit als Leiter, aber mit höherer elektrischer Leitfähigkeit als Isolatoren.

HINWEIS: Für ein detaillierteres Verständnis von Halbleitern muss man tief in die wunderbar komplizierte Quantenmechanik eintauchen, was den Rahmen dieser Diskussion „sicherlich“ sprengen würde.

Halbleitermaterialien

Ausgehend von der elektrischen Leitfähigkeit in der Einheit Ω-1 cm-1 sind Halbleitermaterialien solche mit einer elektrischen Leitfähigkeit zwischen 10-9 Ω-1 cm-1 und 102 Ω-1 cm-1.

Traditionell werden Elemente der Gruppe IV wie Silizium (Si) und Germanium (Ge) als elementare Halbleitermaterialien betrachtet, d. h. als Halbleiter mit nur einem Atom.

Es gibt weitere Arten von Halbleitermaterialien, die durch Kombination von Elementen der Gruppe III mit Elementen der Gruppe V gebildet werden können und als Verbindungshalbleiter bezeichnet werden. Galliumarsenid (GaAs) ist das bekannteste Halbleitermaterial in dieser Kategorie und nach Silizium das am häufigsten verwendete Halbleitermaterial.

Was sind Halbleiterbauelemente?

In einfachen Worten sind Halbleiterbauelemente eine Art von elektronischen Komponenten, die auf der Grundlage von Halbleitermaterialien wie Silizium (Si), Germanium (Ge) und Galliumarsenid (GaAs) entworfen, entwickelt und hergestellt werden.

Seit ihrer Verwendung in den späten 1940er (oder frühen 1950er) Jahren wurden Halbleiter zum wichtigsten Material bei der Herstellung von Elektronik und ihren Varianten wie Optoelektronik und Thermoelektronik.

Vor der Verwendung von Halbleitermaterialien in elektronischen Geräten wurden Vakuumröhren für die Entwicklung elektronischer Komponenten verwendet. Der Hauptunterschied zwischen Vakuumröhren und Halbleiterbauelementen besteht darin, dass in Vakuumröhren die Leitung von Elektronen im gasförmigen Zustand erfolgt, während sie im Falle von Halbleiterbauelementen im „festen Zustand“ erfolgt.

Halbleiterbauelemente können sowohl als diskrete Bauelemente als auch als integrierte Schaltungen gefunden werden.

Warum Halbleiter?

Der Hauptgrund für die Verwendung von Halbleiterbauelementen (und damit der zugrundeliegenden Halbleitermaterialien) bei der Herstellung von elektronischen Bauelementen und Komponenten ist die Möglichkeit, die Leitfähigkeit der Ladungsträger, d.h. der Elektronen und Löcher, leicht zu manipulieren.

Wie bereits erwähnt, liegt die elektrische Leitfähigkeit von Halbleitermaterialien zwischen der von Leitern und Isolatoren. Auch diese Leitfähigkeit kann durch äußere oder innere Faktoren wie elektrische Felder, Magnetfelder, Licht, Temperatur und mechanische Verformung gesteuert werden.

Unter Ausklammerung der äußeren Faktoren wie Temperatur und Licht wird bei Halbleitermaterialien im Allgemeinen ein Prozess namens Dotierung durchgeführt, bei dem eine Verunreinigung in die Struktur eingeführt wird, um die strukturellen und elektrischen Eigenschaften zu verändern.

Ein reiner Halbleiter wird als intrinsischer Halbleiter bezeichnet, während ein unreiner oder dotierter Halbleiter als extrinsischer Halbleiter bezeichnet wird.

Wenn die Anzahl der freien Elektronen in der Halbleiterstruktur nach der Dotierung erhöht ist, wird der Halbleiter als n-Typ-Halbleiter bezeichnet. Wenn die Anzahl der Löcher erhöht ist, spricht man von einem p-Typ-Halbleiter.