Polovodiče – definice, typy a aplikace v moderní technice

Co je to polovodič?

Polovodiče jsou materiály, které mohou vést elektrický proud, ale v omezené míře . Jejich unikátní vlastností je, že jejich elektrická vodivost může být řízena a modifikována zavedením vhodných příměsí nebo změnou vnějších podmínek, jako je teplota, tlak nebo elektrické pole . Za normálních podmínek fungují polovodiče jako izolanty, ale za určitých okolností mohou vést elektřinu, což je činí nezbytnými při výrobě elektronických součástek. Nejběžnějšími polovodičovými materiály jsou křemík (Si) a germanium (Ge) , ačkoli existuje také mnoho dalších sloučenin s polovodičovými vlastnostmi, jako je arsenid galia (GaAs) a fosfid india (InP). Tyto materiály se používají k výrobě polovodičových součástek, jako jsou diody, tranzistory a integrované obvody , které jsou základem moderní technologie.

Dopované polovodiče a jejich typy

Přírodní polovodiče, jako je čistý křemík, nemají dostatečné elektrické vlastnosti pro použití v moderních elektronických zařízeních. Ke zvýšení jejich schopnosti vést elektřinu se používá dopingový proces, tj. vnášení malého množství dalších chemických prvků do polovodičové struktury . V závislosti na typu dopantu lze rozlišit dva hlavní typy dopovaných polovodičů:

• Polovodič typu N – vzniká dopováním polovodiče prvky s vyšším počtem elektronů, jako je fosfor nebo arsen. Zavedení těchto příměsí vytváří přebytek elektronů, které se mohou volně pohybovat v materiálu, čímž se zvyšuje jeho vodivost.
• Polovodič typu P – vzniká dopováním polovodiče prvky s menším počtem elektronů, jako je bor nebo hliník. Tyto příměsi tvoří tzv. elektronové díry, které se chovají jako kladné nosiče náboje a také pomáhají zlepšovat vodivost materiálu.

Polovodiče kolíkového typu

Jedním z pokročilejších typů polovodičů je polovodič typu pin , což je speciální struktura sestávající ze tří vrstev: dotovaná vrstva typu p, nedopovaná vrstva (i) a vrstva dotovaná typu n. Struktura kolíkového typu se používá u součástek, jako jsou kolíkové diody, fotodetektory a výkonové tranzistory, protože umožňuje lepší řízení toku proudu a má vysokou odolnost proti průrazu.

Aplikace polovodičů

Polovodiče jsou základem moderní elektroniky . Jejich vodivé vlastnosti, které lze přesně řídit, je činí použitelnými prakticky pro všechna elektronická zařízení. Mezi klíčové příklady patří:

• Tranzistory – malé součástky, které fungují jako spínače nebo zesilovače v elektronických obvodech. Díky tranzistorům je možné vytvářet logické obvody, které jsou základem počítačů a mikroprocesorů.
• Diody – elektronické součástky, které vedou proud v jednom směru. Používají se v usměrňovacích obvodech, stejně jako v LED technologiích, tedy svítivých diodách.
• Integrované obvody – komplexní systémy tvořené mnoha polovodičovými prvky (tranzistory, diody), které fungují jako srdce počítačů, telefonů a dalších elektronických zařízení.

Polovodiče mají také uplatnění ve fotovoltaické technologii, kde se používají k přeměně slunečního světla na elektřinu v solárních panelech .

Druhy polovodičů a jejich význam

Polovodiče lze rozdělit do dvou hlavních skupin: elementární polovodiče a složené polovodiče . Elementární polovodiče jsou jednosložkové materiály jako křemík (Si) a germanium (Ge). Naproti tomu složené polovodiče jsou tvořeny dvěma nebo více prvky, jako je arsenid galia (GaAs), který je široce používán v rádiových a optoelektronických technologiích. Každý z těchto typů polovodičů má své specifické vlastnosti, které jsou klíčové pro různé aplikace. Například křemík je nejčastěji používaným polovodičovým materiálem při výrobě integrovaných obvodů , zatímco arsenid galia se používá ve vysokofrekvenčních zařízeních, jako jsou satelitní paraboly a radary .

Polovodičové materiály ve výrobě polovodičů

Výroba polovodičů vyžaduje použití vysoce kvalitních chemických materiálů a pokročilé technologické postupy. Klíčovou roli ve výrobě těchto materiálů hraje společnost PCC Group , která nabízí širokou škálu chemických surovin nezbytných pro technologické procesy včetně čištění a uvádění polovodičů do správné čistoty. Čistota a kvalita polovodičových materiálů, jako je křemík, má přímý vliv na výkon a stabilitu finálních elektronických produktů. Skupina PCC dodává chemikálie používané v procesech výroby polovodičů , které se používají pro výrobu křemíkových plátků, dopování materiálů a čištění povrchu polovodičů. Skupina PCC svými vyspělými technologiemi a inovativními řešeními podporuje vývoj moderních elektronických zařízení a přispívá k technologickému pokroku po celém světě.

Výroba polovodičů

Výroba polovodičů je složitý proces, který zahrnuje mnoho technologických kroků . Prvním krokem je získání vysoce čistého křemíku, který se následně formuje do tzv. křemíkových monokrystalů. Tyto monokrystaly jsou následně rozřezány na tenké pláty zvané wafery, které tvoří základ pro další výrobní kroky. Dalším krokem je dopování, tj. zavedení příměsí, jako je bór nebo fosfor, do struktury křemíku, aby se upravily její vodivé vlastnosti. Polovodiče jsou pak formovány do specifických součástek, jako jsou tranzistory nebo diody, pomocí přesných fotolitografických technik. V konečném důsledku jsou polovodiče sestavovány do větších elektronických obvodů, jako jsou procesory nebo paměti, které se používají v mnoha elektronických zařízeních. Polovodiče hrají klíčovou roli ve vývoji moderních technologií. Jejich schopnost vést elektřinu kontrolovaným způsobem je činí nezbytnými pro výrobu elektroniky. Díky rozmanitosti polovodičových materiálů, jako je křemík, germanium nebo arsenid galia, a pokročilým výrobním postupům je možné vytvářet stále sofistikovanější elektronické obvody. Jako dodavatel chemických surovin pro výrobu polovodičů přispívá skupina PCC k rozvoji tohoto odvětví podporou technologických procesů potřebných k výrobě vysoce kvalitních polovodičů.