Polovodiče – definícia, typy a aplikácie v moderných technológiách

Čo je to polovodič?

Polovodiče sú materiály, ktoré môžu viesť elektrický prúd, ale v obmedzenom rozsahu . Ich jedinečnou vlastnosťou je, že ich elektrickú vodivosť je možné kontrolovať a upravovať zavedením vhodných dopantov alebo zmenou vonkajších podmienok, ako je teplota, tlak alebo elektrické pole . Za normálnych podmienok sa polovodiče správajú ako izolanty, ale za určitých okolností môžu viesť elektrický prúd, čo ich robí nevyhnutnými pri výrobe elektronických súčiastok. Najbežnejšími polovodičovými materiálmi sú kremík (Si) a germánium (Ge) , hoci existuje aj mnoho ďalších zlúčenín s polovodičovými vlastnosťami, ako je arzenid gália (GaAs) a fosfid india (InP). Z týchto materiálov sa vyrábajú polovodičové súčiastky, ako sú diódy, tranzistory a integrované obvody , ktoré sú základom moderných technológií.

Dopované polovodiče a ich typy

Prírodné polovodiče, ako je čistý kremík, nemajú dostatočné elektrické vlastnosti na použitie v moderných elektronických zariadeniach. Na zvýšenie ich schopnosti viesť elektrický prúd sa používa dopingový proces, tj vnášanie malého množstva iných chemických prvkov do štruktúry polovodičov . V závislosti od typu dopantu možno rozlíšiť dva hlavné typy dopovaných polovodičov:

• Polovodič typu N – vzniká dopovaním polovodiča prvkami s vyšším počtom elektrónov, ako je fosfor alebo arzén. Zavedenie týchto dopantov vytvára prebytok elektrónov, ktoré sa môžu voľne pohybovať v materiáli, čím sa zvyšuje jeho vodivosť.
• Polovodič typu P – vzniká dopovaním polovodiča prvkami s menším počtom elektrónov, ako je bór alebo hliník. Tieto dopanty tvoria takzvané elektrónové diery, ktoré sa správajú ako kladné nosiče náboja a tiež pomáhajú zlepšovať vodivosť materiálu.

Polovodiče kolíkového typu

Jedným z pokročilejších typov polovodičov je polovodič kolíkového typu , čo je špeciálna štruktúra pozostávajúca z troch vrstiev: dotovaná vrstva typu p, nedopovaná vrstva (i) a dopovaná vrstva typu n. Štruktúra kolíkového typu sa používa v súčiastkach, ako sú kolíkové diódy, fotodetektory a výkonové tranzistory, pretože umožňuje lepšie riadenie toku prúdu a má vysokú odolnosť proti prierazu.

Aplikácie polovodičov

Polovodiče sú základom modernej elektroniky . Ich vodivé vlastnosti, ktoré možno presne kontrolovať, ich robia použiteľnými prakticky pre všetky elektronické zariadenia. Medzi kľúčové príklady patria:

• Tranzistory – malé súčiastky, ktoré fungujú ako spínače alebo zosilňovače v elektronických obvodoch. Vďaka tranzistorom je možné vytvárať logické obvody, ktoré sú základom počítačov a mikroprocesorov.
• Diódy – elektronické súčiastky, ktoré vedú prúd v jednom smere. Používajú sa v obvodoch usmerňovačov, ako aj v LED technológiách, teda svetelných diódach.
• Integrované obvody – komplexné systémy zložené z mnohých polovodičových prvkov (tranzistorov, diód), ktoré fungujú ako srdce počítačov, telefónov a iných elektronických zariadení.

Polovodiče majú uplatnenie aj vo fotovoltaických technológiách, kde sa používajú na premenu slnečného svetla na elektrinu v solárnych paneloch .

Druhy polovodičov a ich význam

Polovodiče možno rozdeliť do dvoch hlavných skupín: elementárne polovodiče a zložené polovodiče . Elementárne polovodiče sú jednozložkové materiály ako kremík (Si) a germánium (Ge). Naproti tomu zložené polovodiče sa skladajú z dvoch alebo viacerých prvkov, ako je arzenid gália (GaAs), ktorý je široko používaný v rádiových a optoelektronických technológiách. Každý z týchto typov polovodičov má svoje špecifické vlastnosti, ktoré sú kľúčové pre rôzne aplikácie. Napríklad kremík je najbežnejšie používaný polovodičový materiál pri výrobe integrovaných obvodov , zatiaľ čo arzenid gália sa používa vo vysokofrekvenčných zariadeniach, ako sú satelitné paraboly a radary .

Polovodičové materiály vo výrobe polovodičov

Výroba polovodičov si vyžaduje použitie vysokokvalitných chemických materiálov a vyspelých technologických procesov. Kľúčovú úlohu pri výrobe týchto materiálov zohráva PCC Group , ktorá ponúka široký sortiment chemických surovín potrebných pre technologické procesy vrátane čistenia a uvádzania polovodičov do správnej čistoty. Čistota a kvalita polovodičových materiálov, ako je kremík, má priamy vplyv na výkon a stabilitu finálnych elektronických produktov. Skupina PCC dodáva chemikálie používané v procesoch výroby polovodičov , ktoré sa používajú na výrobu kremíkových plátkov, dopovanie materiálov a čistenie povrchu polovodičov. Skupina PCC svojimi pokrokovými technológiami a inovatívnymi riešeniami podporuje vývoj moderných elektronických zariadení a prispieva k technologickému pokroku na celom svete.

Výroba polovodičov

Výroba polovodičov je zložitý proces, ktorý zahŕňa mnoho technologických krokov . Prvým krokom je získanie vysoko čistého kremíka, ktorý sa následne formuje do takzvaných kremíkových monokryštálov. Tieto monokryštály sa potom režú na tenké platne nazývané oblátky, ktoré tvoria základ pre ďalšie výrobné kroky. Ďalším krokom je doping, tj zavedenie dopujúcich látok, ako je bór alebo fosfor, do štruktúry kremíka, aby sa upravili jej vodivé vlastnosti. Polovodiče sa potom formujú do špecifických komponentov, ako sú tranzistory alebo diódy, pomocou presných fotolitografických techník. V konečnom dôsledku sa polovodiče montujú do väčších elektronických obvodov, ako sú procesory alebo pamäte, ktoré sa používajú v mnohých elektronických zariadeniach. Polovodiče zohrávajú kľúčovú úlohu vo vývoji moderných technológií. Ich schopnosť viesť elektrinu riadeným spôsobom ich robí nevyhnutnými pri výrobe elektroniky. Vďaka rôznorodosti polovodičových materiálov, akými sú kremík, germánium či arzenid gália, a pokročilým výrobným procesom je možné vytvárať čoraz sofistikovanejšie elektronické obvody. Skupina PCC ako dodávateľ chemických surovín pre výrobu polovodičov prispieva k rozvoju tohto odvetvia podporou technologických procesov potrebných na výrobu vysokokvalitných polovodičov.