เซมิคอนดักเตอร์ภายในกับภายนอก
อุปกรณ์อิเล็คทรอนิคส์สมัยใหม่นั้นใช้วัสดุประเภทหนึ่งคือเซมิคอนดักเตอร์ เซมิคอนดักเตอร์เป็นวัสดุที่มีค่าการนำไฟฟ้าปานกลางระหว่างตัวนำและฉนวน วัสดุเซมิคอนดักเตอร์ถูกนำมาใช้ในอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ก่อนการประดิษฐ์เซมิคอนดักเตอร์ไดโอดและทรานซิสเตอร์ในปี 1940 แต่หลังจากนั้นเซมิคอนดักเตอร์พบว่ามีการใช้งานมากมายในด้านอิเล็กทรอนิกส์ ในปีพ.ศ. 2501 การประดิษฐ์วงจรรวมโดย Jack Kilby แห่ง Texas Instruments ได้ยกระดับการใช้เซมิคอนดักเตอร์ในด้านอิเล็กทรอนิกส์ไปสู่ระดับที่ไม่เคยมีมาก่อน
เซมิคอนดักเตอร์ตามธรรมชาติมีคุณสมบัติในการนำไฟฟ้าได้เนื่องจากตัวพาฟรี เซมิคอนดักเตอร์ดังกล่าวซึ่งเป็นวัสดุซึ่งแสดงคุณสมบัติของเซมิคอนดักเตอร์โดยธรรมชาติเรียกว่าเซมิคอนดักเตอร์ที่แท้จริง สำหรับการพัฒนาส่วนประกอบอิเล็กทรอนิกส์ขั้นสูง เซมิคอนดักเตอร์ได้รับการปรับปรุงเพื่อให้มีการนำไฟฟ้าที่มากขึ้นโดยการเพิ่มวัสดุหรือองค์ประกอบ ซึ่งเพิ่มจำนวนตัวพาประจุในวัสดุเซมิคอนดักเตอร์ เซมิคอนดักเตอร์ดังกล่าวเรียกว่าเซมิคอนดักเตอร์ภายนอก
เพิ่มเติมเกี่ยวกับ Intrinsic Semiconductors
การนำไฟฟ้าของวัสดุใดๆ เกิดจากอิเล็กตรอนที่ปล่อยออกมาจากแถบการนำไฟฟ้าโดยการกวนความร้อน ในกรณีของสารกึ่งตัวนำภายใน จำนวนอิเล็กตรอนที่ปล่อยออกมาค่อนข้างต่ำกว่าในโลหะ แต่มากกว่าในฉนวน ซึ่งช่วยให้การนำกระแสผ่านวัสดุได้จำกัดมาก เมื่ออุณหภูมิของวัสดุเพิ่มขึ้น อิเล็กตรอนจะเข้าสู่แถบการนำไฟฟ้ามากขึ้น ดังนั้นค่าการนำไฟฟ้าของเซมิคอนดักเตอร์ก็เพิ่มขึ้นเช่นกันตัวนำประจุไฟฟ้าในเซมิคอนดักเตอร์มีอยู่ 2 ประเภท คือ อิเล็กตรอนที่ปล่อยเข้าสู่แถบเวเลนซ์และออร์บิทัลว่าง หรือที่เรียกกันทั่วไปว่ารู จำนวนรูและอิเล็กตรอนในสารกึ่งตัวนำภายในมีค่าเท่ากัน ทั้งรูและอิเล็กตรอนมีส่วนทำให้กระแสไหล เมื่อความต่างศักย์ถูกนำไปใช้ อิเล็กตรอนจะเคลื่อนไปสู่ศักย์ที่สูงกว่า และรูจะเคลื่อนเข้าหาศักย์ที่ต่ำกว่า
มีวัสดุหลายอย่างที่ทำหน้าที่เป็นเซมิคอนดักเตอร์และบางส่วนเป็นองค์ประกอบและบางส่วนเป็นสารประกอบ ซิลิคอนและเจอร์เมเนียมเป็นองค์ประกอบที่มีคุณสมบัติเซมิคอนดักเตอร์ ขณะที่แกลเลียม อาร์เซไนด์เป็นสารประกอบ โดยทั่วไป องค์ประกอบในกลุ่ม IV และสารประกอบจากองค์ประกอบของกลุ่ม III และ V เช่น แกลเลียมอาร์เซไนด์ อะลูมิเนียมฟอสไฟด์ และแกลเลียมไนไตรด์แสดงคุณสมบัติของเซมิคอนดักเตอร์ที่แท้จริง
เพิ่มเติมเกี่ยวกับ Extrinsic Semiconductors
โดยการเพิ่มองค์ประกอบที่แตกต่างกัน คุณสมบัติของเซมิคอนดักเตอร์สามารถปรับปรุงให้มีความเป็นปัจจุบันมากขึ้นกระบวนการเติมเรียกว่ายาสลบในขณะที่วัสดุที่เติมเรียกว่าสิ่งเจือปน สิ่งเจือปนจะเพิ่มจำนวนตัวพาประจุภายในวัสดุ ช่วยให้นำไฟฟ้าได้ดีขึ้น ขึ้นอยู่กับผู้ให้บริการที่ให้มา สิ่งเจือปนถูกจัดประเภทเป็นตัวรับและผู้บริจาค ผู้บริจาคคือวัสดุที่มีอิเลคตรอนที่ไม่ผูกมัดอยู่ภายในโครงตาข่าย และตัวรับคือวัสดุที่ทิ้งรูไว้ในโครงตาข่าย สำหรับเซมิคอนดักเตอร์กลุ่ม IV ธาตุกลุ่ม III โบรอน อลูมิเนียมทำหน้าที่เป็นตัวรับ ขณะที่องค์ประกอบกลุ่ม V ฟอสฟอรัสและสารหนูทำหน้าที่เป็นผู้บริจาค สำหรับเซมิคอนดักเตอร์แบบผสมกลุ่ม II-V ซีลีเนียม เทลลูเรียมทำหน้าที่เป็นผู้บริจาค ในขณะที่เบริลเลียม สังกะสี และแคดเมียมทำหน้าที่เป็นผู้รับบริจาค
หากมีการเพิ่มจำนวนอะตอมของตัวรับให้เป็นสิ่งเจือปน จำนวนหลุมก็จะเพิ่มขึ้นและวัสดุก็มีประจุบวกมากเกินไปกว่าเดิม ดังนั้นเซมิคอนดักเตอร์ที่เจือด้วยสารเจือปนของตัวรับจึงเรียกว่าเซมิคอนดักเตอร์ชนิดบวกหรือชนิดพี ในทำนองเดียวกัน เซมิคอนดักเตอร์ที่เจือด้วยสิ่งเจือปนของผู้บริจาค ซึ่งปล่อยให้วัสดุมีอิเล็กตรอนมากเกินไป เรียกว่าชนิดเนกาทีฟหรือเซมิคอนดักเตอร์ชนิด N
เซมิคอนดักเตอร์ใช้ในการผลิตไดโอดประเภทต่างๆ ทรานซิสเตอร์และส่วนประกอบที่เกี่ยวข้อง เลเซอร์ เซลล์แสงอาทิตย์ (โซลาร์เซลล์) และเครื่องตรวจจับภาพถ่ายยังใช้เซมิคอนดักเตอร์ด้วย
เซมิคอนดักเตอร์ภายในและภายนอกต่างกันอย่างไร