I de fleste elektroniske komponenter benyttes halvledere. Det er derfor viktig å kjenne oppbygningen til en halvleder. I denne beskrivelsen skal vi ikke forklare hvordan vi lager de forskjellige halvlederene, men forsøke å beskrive hvordan halvlederen brukes som "byggekloss" til å lage de aktuelle elektroniske komponentene.
I forbindelse med halvlederteori benytter vi to
viktige former for ladningsbærere:
- Frie elektroner svever fritt mellom atomene i stoffet, dvs. de er ikke
bundet til et atom
- Hull er en tom plass rundt et atom, dvs. atomet mangler et
elektron.
Både frie elektroner og hull kan betraktes som ladningsbærere, dvs. de gir opphav til elektrisk strøm. Et hull beveger seg ved at et elektron forlater en plass rundt et atom (og dermed etterlater seg et hull) for å innta et annet hull. Hullet vil da bevege seg i motsatt retning av elektronet. Frie elektroner er negative ladningsbærere, mens hull er positive ladningsbærere.
Halvledere er delt i to hovedgrupper:
- Intrensik
halvleder, som er en ren
halvleder. Den inneholder like mange frie elektroner og hull.
- Ekstrinsik
halvleder, som er en dopet
halvleder. En slik halvleder kan enten ha et overskudd av frie
elektroner eller hull.
N-halvleder er en ekstrinsik halvleder med et
overskudd av frie elektroner (negative ladningsbærere).
P-halvleder er en ekstrinsik halvleder med et overskudd av hull
(positive ladningsbærere).
De frie elektronene i N-materialet gjør at det blir sittende igjen positive ioner i materialstrukturen. På grunn av hullene blir det sittende igjen negative ioner i P-materialet. Begge disse ionetypene sitter fast i strukturen og kan betraktes som små poler. I tillegg er det en rekke nøytrale Si-atomer i materialet.
Hva skjer når vi setter en P- og N-halvleder inntil hverandre?