Η ηλεκτρική ιδιότητα ενός υλικού που βρίσκεται μεταξύ απομονωτήρας καθώς οδηγός είναι γνωστό ως υλικό ημιαγωγών. Τα καλύτερα παραδείγματα ημιαγωγών είναι τα Si και Ge. Οι ημιαγωγοί ταξινομούνται σε δύο τύπους, δηλαδή τον ενδογενή ημιαγωγό και τον εξωγενή ημιαγωγό (τύπος P και τύπος Ν). Ο εγγενής τύπος είναι καθαρό είδος ημιαγωγού, ενώ ένας εκτεταμένος τύπος περιλαμβάνει ακαθαρσίες για να γίνει αγώγιμος. Σε θερμοκρασία δωματίου, η αγωγιμότητα του εγγενούς θα γίνει μηδέν ενώ η εξωγενής θα γίνει λίγο αγώγιμη. Αυτό το άρθρο ασχολείται με μια επισκόπηση των εγγενών ημιαγωγοί και εξωγενείς ημιαγωγούς με διαγράμματα ντόπινγκ και ενεργειακής ζώνης.
Τι είναι ο εγγενής ημιαγωγός;
Εσωτερικός ημιαγωγός Ο ορισμός είναι, ένας ημιαγωγός που είναι εξαιρετικά καθαρός είναι εγγενής τύπος. Σχετικά με την έννοια της ενεργειακής ζώνης, η αγωγιμότητα αυτού του ημιαγωγού θα γίνει μηδενική σε θερμοκρασία δωματίου που φαίνεται στο παρακάτω σχήμα. Τα εγγενή παραδείγματα ημιαγωγών είναι η Si & Ge.
Ενδογενής ημιαγωγός
Στα παραπάνω ενεργειακή ζώνη διάγραμμα, η ζώνη αγωγιμότητας είναι κενή ενώ η ζώνη σθένους έχει γεμίσει πλήρως. Μόλις αυξηθεί η θερμοκρασία, μπορεί να παρέχεται κάποια θερμική ενέργεια. Έτσι τα ηλεκτρόνια από τη ζώνη σθένους τροφοδοτούνται προς τη ζώνη αγωγιμότητας αφήνοντας τη ζώνη σθένους.
Ενεργειακή ζώνη
Η ροή των ηλεκτρονίων ενώ φθάνει από το σθένος στη ζώνη αγωγιμότητας θα είναι τυχαία. Οι οπές που σχηματίζονται μέσα στον κρύσταλλο μπορούν επίσης να ρέουν οπουδήποτε ελεύθερα. Έτσι, η συμπεριφορά αυτού του ημιαγωγού θα δείξει αρνητικό TCR ( συντελεστής θερμοκρασίας αντίστασης ). Το TCR σημαίνει, όταν η θερμοκρασία αυξάνεται, η αντίσταση του υλικού θα μειωθεί και η αγωγιμότητα θα αυξηθεί.
Διάγραμμα ενεργειακής ζώνης
Τι είναι ο εξωγενής ημιαγωγός;
Για να φτιάξετε έναν ημιαγωγό σαν αγώγιμο, τότε προστίθενται μερικές ακαθαρσίες που ονομάζονται εξωγενείς ημιαγωγοί. Σε θερμοκρασία δωματίου, αυτό το είδος ημιαγωγού θα έχει μικρό ρεύμα, ωστόσο, δεν είναι χρήσιμο να φτιάξετε μια ποικιλία ηλεκτρονικές συσκευές . Επομένως, για να γίνει ο ημιαγωγός αγώγιμος, μια μικρή ποσότητα κατάλληλης ακαθαρσίας μπορεί να προστεθεί στο υλικό μέσω της διαδικασίας ντόπινγκ.
Εξωγενής ημιαγωγός
Ντοπάρισμα
Η διαδικασία προσθήκης ακαθαρσίας σε έναν ημιαγωγό είναι γνωστή ως ντόπινγκ. Η ποσότητα ακαθαρσίας που προστίθεται στο υλικό πρέπει να ελέγχεται στο παρασκεύασμα εξωγενών ημιαγωγών. Γενικά, ένα άτομο ακαθαρσίας μπορεί να προστεθεί σε 108 άτομα ενός ημιαγωγού.
Προσθέτοντας την ακαθαρσία, το όχι. των οπών ή των ηλεκτρονίων μπορεί να αυξηθεί για να το κάνει αγώγιμο. Για παράδειγμα, εάν μια ακαθαρσία Pentavalent περιλαμβάνει 5 ηλεκτρόνια σθένους που προστίθενται σε έναν καθαρό ημιαγωγό τότε το όχι. των ηλεκτρονίων θα υπάρχουν. Με βάση το είδος προσμείξεων, ο εξωγενής ημιαγωγός μπορεί να ταξινομηθεί σε δύο τύπους όπως ημιαγωγός τύπου Ν και ημιαγωγός τύπου Ρ.
Συγκέντρωση φορέα στον εγγενή ημιαγωγό
Σε αυτόν τον τύπο ημιαγωγού, μόλις τα ηλεκτρόνια σθένους καταστρέψουν τον ομοιοπολικό δεσμό και μετακινηθούν στη ζώνη αγωγιμότητας, παράγονται δύο είδη φορέων φορτίου όπως οπές και ελεύθερα ηλεκτρόνια.
Το όχι. των ηλεκτρονίων για κάθε όγκο μονάδας εντός των ζωνών αγωγιμότητας διαφορετικά το όχι. οπών για κάθε όγκο μονάδας εντός της ζώνης σθένους είναι γνωστή ως συγκέντρωση φορέα σε εγγενή ημιαγωγό. Παρομοίως, η συγκέντρωση φορέα ηλεκτρονίων μπορεί να οριστεί ως η όχι. ηλεκτρονίων για κάθε όγκο μονάδας εντός της ζώνης αγωγιμότητας, ενώ το όχι. οπών για κάθε όγκο μονάδας εντός της ζώνης σθένους είναι γνωστή ως συγκέντρωση φορέα-οπών.
Σε εγγενή τύπο, τα ηλεκτρόνια που παράγονται εντός της ζώνης αγωγιμότητας μπορεί να είναι ισοδύναμα με το όχι. οπών που δημιουργούνται εντός της ζώνης σθένους. Επομένως, η συγκέντρωση των φορέων ηλεκτρονίων είναι ισοδύναμη με τη συγκέντρωση του φορέα οπών. Έτσι μπορεί να δοθεί ως
ni = n = σ
Όπου το «n» είναι η συγκέντρωση του φορέα ηλεκτρονίων, το «P» είναι η συγκέντρωση του φορέα της τρύπας & το «ni» είναι η συγκέντρωση του εσωτερικού φορέα
Στη ζώνη σθένους, η συγκέντρωση της οπής μπορεί να γραφτεί ως
P = Nv e - (Εφά-ΕΙΝΑΙΒ)/ΠΡΟΣ ΤΗΝσιΤ
Στη ζώνη αγωγιμότητας, η συγκέντρωση ηλεκτρονίων μπορεί να γραφτεί ως
N = P = Nc e - (Εντο-ΕΙΝΑΙφά)/ΠΡΟΣ ΤΗΝσιΤ
Στην παραπάνω εξίσωση, το «KB» είναι η σταθερά Boltzmann
«T» είναι η συνολική θερμοκρασία του ημιαγωγού εγγενών τύπων
Το «Nc» είναι η αποτελεσματική πυκνότητα των καταστάσεων στη ζώνη αγωγιμότητας.
Το «Nv» είναι η αποτελεσματική πυκνότητα των καταστάσεων στη ζώνη σθένους.
Η αγωγιμότητα του ενδογενούς ημιαγωγού
Η συμπεριφορά αυτού του ημιαγωγού είναι σαν τέλειος μονωτής σε θερμοκρασία μηδενικού βαθμού. Επειδή σε αυτήν τη θερμοκρασία, η ζώνη αγωγιμότητας είναι άδεια, η ζώνη σθένους είναι γεμάτη και για αγωγιμότητα, δεν υπάρχουν φορείς φόρτισης. Ωστόσο, σε θερμοκρασία δωματίου, η θερμική ενέργεια μπορεί να είναι αρκετή για να κάνει ένα τεράστιο όχι. ζευγών ηλεκτρονικών οπών. Όποτε ένα ηλεκτρικό πεδίο εφαρμόζεται σε έναν ημιαγωγό, και στη συνέχεια η ροή των ηλεκτρονίων θα είναι εκεί λόγω της κίνησης των ηλεκτρονίων σε μία κατεύθυνση και των οπών σε αντίστροφη κατεύθυνση
Για ένα μέταλλο, η τρέχουσα πυκνότητα θα είναι J = nqEμ
Η τρέχουσα πυκνότητα εντός ενός καθαρού ημιαγωγού λόγω της ροής οπών και ηλεκτρονίων μπορεί να δοθεί ως
Jn = nqEμν
Jp = pqEμΠ
Στις παραπάνω εξισώσεις, το «n» είναι η συγκέντρωση των ηλεκτρονίων και το «q» είναι το φορτίο στην οπή / ηλεκτρόνιο, το «p» είναι η συγκέντρωση των οπών, το «E» είναι το εφαρμοσμένο ηλεκτρικό πεδίο, το «μ’n είναι το κινητικότητα ηλεκτρονίων και «µ’ είναι η κινητικότητα των οπών.
Η πυκνότητα ολόκληρου του ρεύματος είναι
J = Jn + Jp
= nqEµν+ pqEμΠ
I =qE (nμ)ν+ pμΠ)
Όπου J = σE, τότε η εξίσωση θα είναι
σE ==qE (nμ)ν+ pμΠ)
σ = q(nµν+ pμΠ)
Εδώ «σ» είναι η αγωγιμότητα του ημιαγωγού
Το όχι. των ηλεκτρονίων είναι ίση με το όχι. οπών στον καθαρό ημιαγωγό έτσι n = p = ni
Το «ni» είναι η συγκέντρωση φορέα του εγγενούς υλικού, έτσι
Ι =q (niμν+ niμΠ)
Η καθαρή αγωγιμότητα ημιαγωγών θα είναι
σ=q (niμν+ niμΠ)
σ=qni (μν+ µΠ)
Επομένως, η αγωγιμότητα του καθαρού ημιαγωγού εξαρτάται κυρίως από την κινητικότητα των ημιαγωγών και των ηλεκτρονίων και των οπών.
Συχνές ερωτήσεις
1). Τι είναι ένας εγγενής και εξωγενής ημιαγωγός;
Ο καθαρός τύπος ημιαγωγού είναι ο εγγενής τύπος ενώ ο εξωγενής είναι, ο ημιαγωγός στον οποίο μπορούν να προστεθούν ακαθαρσίες για να το καταστήσει αγώγιμο.
2). Ποια είναι τα παραδείγματα εγγενών τύπων;
Είναι Silicon & germanium
3). Ποιοι είναι οι τύποι εξωγενών ημιαγωγών;
Είναι ημιαγωγοί τύπου P και Ν
4). Γιατί χρησιμοποιούνται εξωγενείς ημιαγωγοί στην κατασκευή ηλεκτρονικών;
Επειδή η ηλεκτρική αγωγιμότητα του εξωγενούς τύπου είναι υψηλή σε σύγκριση με την εγγενή. Έτσι ισχύουν για το σχεδιασμό τρανζίστορ, διόδων κ.λπ.
5). Ποια είναι η αγωγιμότητα του εγγενή;
Σε έναν ημιαγωγό, οι ακαθαρσίες και τα δομικά ελαττώματα έχουν εξαιρετικά χαμηλή συγκέντρωση, είναι γνωστή ως η αγωγιμότητα του εγγενή.
Έτσι, πρόκειται για ένα επισκόπηση του ενδογενούς ημιαγωγού και εξωγενές διάγραμμα ζώνης ημιαγωγών και ενέργειας με ντόπινγκ. Εδώ είναι μια ερώτηση για εσάς, ποια είναι η θερμοκρασία των εγγενών;
