Wat is Intrinsic Semiconductor en Extrinsic Semiconductor - Energy Band & Doping?

Halfgeleier, soos die naam aandui, is 'n soort materiaal waarvan die eienskappe van beide geleiers en isolators toon. 'N Halfgeleiermateriaal benodig 'n sekere spanning of hitte om sy draers vir geleiding vry te laat. Hierdie halfgeleiers word geklassifiseer as 'intrinsiek' en 'ekstrinsiek' op grond van die aantal draers. Die intrinsieke draer is die suiwerste vorm van halfgeleier en 'n gelyke aantal elektrone (negatiewe lading draers) en gate (positiewe lading draers). Die halfgeleiermateriaal wat die meeste gebruik word, is Silicon (Si), Germanium (Ge) en Gallium Arsenide (GaAs). Kom ons bestudeer die eienskappe en gedrag van hierdie tipe halfgeleiers. Wat is 'n Intrinsieke Halfgeleier? Die Intrinsieke Halfgeleier kan gedefinieer word as chemies suiwer materiaal sonder dat enige doping of onsuiwerheid daarby gevoeg word. Die algemeenste intrinsieke of suiwer halfgeleiers wat beskikbaar is, is Silicon (Si) en Germanium (Ge). Die gedrag van die halfgeleier by die toepassing van 'n sekere spanning hang af van die atoomstruktuur daarvan. Die buitenste dop van beide Silicon en Germanium het elk vier elektrone. Om mekaar te stabiliseer, vorm nabygeleë atome kovalente bindings gebaseer op die deling van valenselektrone. Hierdie binding in die kristalroosterstruktuur van Silicon word geïllustreer in figuur 1. Hier kan gesien word dat die valenselektrone van twee Si -atoom saam 'n kovalente binding vorm. Figuur 1. Kovalente binding van die silikonatoom Die kovalente bindings is in elk geval stabiel en geen draers is beskikbaar vir geleiding nie. Hier tree die intrinsieke halfgeleier op as 'n isolator of nie-geleier. Nou as die omgewingstemperatuur naby aan die kamertemperatuur kom, begin die kovalente bindings breek. Dus word die elektrone van die valensdop vrygestel om aan geleiding deel te neem. Namate 'n groter aantal draers vir geleiding vrygestel word, begin die halfgeleier optree as 'n geleidende materiaal. Die energiebanddiagram hieronder gee 'n uiteensetting van hierdie oorgang van draers van die valenseband na die geleidingsband. Die ruimte tussen die twee bande word die verbode gaping genoem Figuur 2 (a). Energiebanddiagram Figuur Figuur 2 (b). Geleiding- en valensbandelektrone in 'n halfgeleier Wanneer 'n halfgeleiermateriaal aan hitte of toegepaste spanning blootgestel word, breek min van die kovalente bindings, wat vrye elektrone genereer soos getoon in figuur 2 (b). Hierdie gratis elektrone word opgewonde en kry energie om die verbode gaping te oorkom en die geleidingsband vanaf die valensband binne te gaan. Aangesien die elektron die valensband verlaat, laat dit 'n gat in die valensband agter. In 'n intrinsieke halfgeleier sal altyd 'n gelyke aantal elektrone en gate geskep word, en dit toon dus elektriese neutraliteit. Beide die elektrone en gate is verantwoordelik vir die geleiding van stroom in die intrinsieke halfgeleier. Wat is 'n ekstrinsieke halfgeleier? Die ekstrinsieke halfgeleier word gedefinieer as die materiaal met 'n bykomende onsuiwerheid of gedoteerde halfgeleier. Doping is die proses om doelbewus onsuiwerhede by te voeg om die aantal draers te verhoog. Die onreinheidselemente wat gebruik word, word as doteermiddels genoem. Aangesien die aantal elektrone en gate groter is in ekstrinsieke geleiers, vertoon dit groter geleidingsvermoë as intrinsieke halfgeleiers. Op grond van die doteermiddels wat gebruik word, word die ekstrinsieke halfgeleiers verder geklassifiseer as 'N-tipe halfgeleier' en 'P-tipe halfgeleier'. N-tipe halfgeleiers: Die N-tipe halfgeleiers is gedoteer met vyfwaardige onsuiwerhede. Die pentavalente elemente word so genoem omdat dit 5 elektrone in hul valensdop het. Die voorbeelde van vyfwaardige onreinheid is Fosfor (P), Arseen (As), Antimoon (Sb). Soos uitgebeeld in figuur 3, vestig die doteeratoom kovalente bindings deur vier van sy valenselektrone met vier naburige silikonatome te deel. Die vyfde elektron bly losweg gebind aan die kern van die dopante atoom. Baie minder ionisasie -energie is nodig om die vyfde elektron vry te maak sodat dit die valensband verlaat en die geleidingsband binnedring. Die pentavalente onreinheid verleen 'n ekstra elektron aan die roosterstruktuur en daarom word dit die donor -onreinheid genoem.Figuur 3. N-tipe halfgeleier met skenkeronreinheid P-tipe halfgeleiers: P-tipe halfgeleiers word gedoteer met die trivalente halfgeleier. Die driewaardige onsuiwerhede het 3 elektrone in hul valensieskil. Die voorbeelde van driewaardige onsuiwerhede sluit in boor (B), gallium (G), indium (in), aluminium (Al). Soos uitgebeeld in figuur 4, vestig die doteeratoom kovalente bindings met slegs drie naburige silikonatome en 'n gat of leemte word in die binding met die vierde silikonatoom gegenereer. Die gat dien as 'n positiewe draer of ruimte vir die elektron om te beset. Die driewaardige onreinheid het dus 'n positiewe leegte of gat gegee wat elektrone maklik kan aanneem en daarom word dit 'n Acceptor -onreinheid genoem.  Figuur 4. P-tipe halfgeleier met die acceptor-onreinheid Draerkonsentrasie in intrinsieke halfgeleier Die intrinsieke draerkonsentrasie word gedefinieer as die aantal elektrone per volume-eenheid in die geleidingsband of die aantal gate per eenheidsvolume in die valensband. As gevolg van die toegepaste spanning, verlaat die elektron die valensband en skep 'n positiewe gat in sy plek. Hierdie elektron gaan verder die geleidingsband binne en neem deel aan die geleiding van stroom. In 'n intrinsieke halfgeleier is die elektrone wat in die geleidingsband gegenereer word, gelyk aan die aantal gate in die valensband. Daarom is die elektronkonsentrasie (n) gelyk aan die gatkonsentrasie (p) in 'n intrinsieke halfgeleier. Intrinsieke draerkonsentrasie kan gegee word as:n_i=n=p Waar,n_i : intrinsieke draerkonsentrasie n : elektrondraerkonsentrasie p : gat -draerkonsentrasieGeleidingsvermoë van intrinsieke halfgeleier Aangesien die intrinsieke halfgeleier aan hitte of aangelegde spanning onderwerp word, beweeg die elektrone van valensband na geleidingsband en laat 'n positiewe gat of leemte in die valensband. Hierdie gate word weer deur ander elektrone gevul, aangesien meer kovalente bindings verbreek word. Dus beweeg die elektrone en gate in die teenoorgestelde rigting en begin die intrinsieke halfgeleier gelei. Die geleidingsvermoë neem toe wanneer 'n aantal kovalente bindings verbreek word, waardeur meer elektrone ontstaan ​​as gate oopgemaak word vir geleiding. Die geleiding van 'n intrinsieke halfgeleier word uitgedruk in die terme van mobiliteit en konsentrasie van die ladingdraers. Die uitdrukking vir die geleiding van 'n intrinsieke halfgeleier word gegee uitgedruk as:σ_i=n_i e(μ_e+μ_h) Waar σ_i: geleiding van 'n intrinsieke halfgeleier n_i: intrinsieke draerkonsentrasie μ_e: mobiliteit van elektrone μ_h: mobiliteit van gate Raadpleeg hierdie skakel om meer te wete te kom oor Semiconductor Theory MCQ's

Los 'n boodskap 

boodskap Lys