ما هي حزم الطاقة للسيليكون؟

ما هي حزم الطاقة للسيليكون؟

تعريف السيليكون

يُعرَف السيليكون بأنه موصل شبه معدني ذو خصائص تقع بين تلك الخاصة بالموصلات والمثبطات، وهو ضروري لصناعة الإلكترونيات.

يُعرَف السيليكون بأنه موصل شبه معدني يحتوي على إلكترونات حرة أقل من الموصلات ولكن أكثر من المثبطات. هذه الصفة الفريدة تجعل السيليكون مستخدماً على نطاق واسع في الإلكترونيات. للسيليكون نوعان من حزم الطاقة: حزمة التوصيل والحزمة القيمية. تتكون الحزمة القيمية من مستويات طاقة تحتوي على الإلكترونات القيمية. عند درجة حرارة صفر كلفين المطلقة، تكون الحزمة القيمية ممتلئة بالإلكترونات ولا يتدفق أي تيار.

تتكون حزمة التوصيل من المستويات الطاقية الأعلى حيث توجد الإلكترونات الحرة التي يمكنها التنقل عبر المادة الصلبة. هذه الإلكترونات الحرة هي المسؤولة عن تدفق التيار. الفجوة الطاقية المحظورة بين حزمة التوصيل والحزمة القيمية تسمى الفجوة الطاقية المحظورة. تحدد هذه الفجوة ما إذا كانت المادة معدناً أو مثبطاً أو موصل شبه معدني.

تحدد حجم الفجوة الطاقية المحظورة ما إذا كانت المادة صلبة معدناً أو مثبطاً أو موصل شبه معدني. لا يوجد فجوة للمعادن، بينما تحتوي المثبطات على فجوة كبيرة، وتحتوي الموصلات شبه المعدنية على فجوة معتدلة. للسيليكون فجوة محظورة قدرها 1.2 إلكترون فولت عند 300 كلفين.

في بلورات السيليكون، تربط الروابط الكovalent الذرات معًا مما يجعل السيليكون كهربائياً محايداً. عندما ينفصل الإلكترون عن رابطه الكovalent، فإنه يترك فجوة. كلما ارتفعت درجة الحرارة، ينتقل المزيد من الإلكترونات إلى حزمة التوصيل، مما يخلق المزيد من الفجوات في الحزمة القيمية.

مخطط حزم الطاقة للسيليكون

يظهر مخطط حزم الطاقة للسيليكون مستويات الطاقة للإلكترونات. في السيليكون الداخلي، يكون مستوى فرمي في وسط الفجوة الطاقية. يؤدي تلوين السيليكون الداخلي بذرات المتبرع إلى جعله من النوع n، مما ينقل مستوى فرمي أقرب إلى حزمة التوصيل. يؤدي تلوينه بذرات القبول إلى جعله من النوع p، مما ينقل مستوى فرمي أقرب إلى الحزمة القيمية.

مخطط حزم الطاقة للسيليكون الداخلي

مخطط حزم الطاقة للسيليكون الخارجي