Dodał admin, 2007-10-07 Autor / Opracowanie: Paweł Kowalewski

Ważną cechą półprzewodników jest to, że ich zdolność przewodzenia zależy od wielu czynników, w tym głównie od zawartości domieszek i temperatury.

Półprzewodniki są to substancje zachowujące się w pewnych warunkach tak jak dielektryk, czyli przedmiot nie przewodzący prądu elektrycznego, ze względu na brak wolnych elektronów, a w pewnym zakresie półprzewodnik staje się przewodnikiem, czyli posiada małą oporność i wolne elektrony, które umożliwiają przepływ prądu elektrycznego. Istota przewodnictwa elektrycznego w półprzewodnikach polega na przemieszczaniu się elektronów swobodnych pod wpływem pola elektrycznego. Ważną cechą półprzewodników jest to, że ich zdolność przewodzenia zależy od wielu czynników, w tym głównie od zawartości domieszek i temperatury. Typowymi materiałami na półprzewodniki są: krzem, german, arsenek galu, lub antymonek galu które w czystej postaci nie przewodzą prądu. Wszystkie półmetale są półprzewodnikami. Mechanizm przepływu prądu przez półprzewodnik zostanie przedstawiony na przykładzie kryształu germanu. Jest to pierwiastek czterowartościowy, jego atomy zawierają na swoich zewnętrznych orbitach po cztery elektrony. W krysztale germanu każdy atom jest związany w przestrzennej siatce krystalicznej z czterema jednakowo oddalonymi atomami. Takie wiązanie nazywa się wiązaniem kowalencyjnym, a elektrony- elektronami walencyjnymi. W krysztale czystego germanu, w temperaturze zbliżonej do zera bezwzględnego wszystkie elektrony walencyjne biorą udział w wiązaniach międzyatomowych. Oznacza to, że w krysztale tym nie ma elektronów swobodnych i umieszczenie go w polu elektrycznym nie spowoduje przepływu prądu. Wraz ze wzrostem temperatury kryształu energia cieplna jest magazynowana przede wszystkim w postaci energii drgań atomów. Część elektronów walencyjnych otrzymuje energię dostateczną do przezwyciężenia sił powiązań z atomami. W rezultacie pojawiają się elektrony swobodne, a w miejscach zwolnionych przez elektrony- tzw. dziury. Elektrony swobodne są ładunkami ujemnymi, a dziury zachowują się jak ładunki dodatnie. W krysztale czystego pierwiastka liczba elektronów swobodnych jest zawsze równa liczbie dziur. Z chwilą umieszczenia rozpatrywanego kryształu w polu elektrycznym następuje uporządkowany ruch elektronów i pozorny ruch dziur, przy czym kierunek ruchu dziur jest przeciwny do kierunku ruchu elektronów. Prąd jest więc spowodowany zarówno ruchem elektronów, jak i dziur. Ma on jednak bardzo małą wartość, gdyż elektrony swobodne stanowią niewielką część elektronów walencyjnych. Ważną cechą półprzewodników jest to, że nośniki ładunków elektrycznych w sieci krystalicznej mogą się przemieszczać nie tylko pod wpływem pola elektrycznego, ale także pod wpływem cieplnych drgań sieci krystalicznej. Przemieszczając się w ten sposób z jednego obszaru (gdzie jest ich dużo ) do drugiego obszaru (gdzie jest ich mało ) tworzą prąd dyfuzyjny. Półprzewodniki mają małą szerokość pasma wzbronionego. Półprzewodniki dzielą się na domieszkowe i samoistne.
Ze względu na typ przewodnictwa wyróżnia się półprzewodniki typu n - inaczej nadmiarowe - negative (występuje tu przewodnictwo elektronowe). Taką warstwę uzyskuje się poprzez dodanie do krzemu lub germanu niewielkiej ilości pierwiastka pięciowartościowego (donoru) np.: arsenu. Wtedy w skutek wiązań pojawiają się wolne elektrony. Drugi typ półprzewodników jest oznaczany jako p - inaczej niedomiarowy - positive (przewodnictwo dziurowe). Aby uzyskać taką warstwę należy do germanu lub krzemu dodać pierwiastka trójwartościowego (akceptoru) np.: glinu. Taki układ spowoduje powstanie tzw. dziur elektronowych czyli takich miejsc w których brakuje elektronów.
Z połączenia warstw n i p powstał najpopularniejszy półprzewodnik na świecie zwany potocznie diodą, który wyparł przestarzałe, duże i szybko zużywające się lampy elektronowe. Od tego czasu nastąpił szybko postępujący rozwój elektroniki, która jest w dzisiejszych czasach wszechobecna, a nie mogła by istnieć bez warstw n i p.