Was sind Energiebänder von Silizium?
Silizium-Definition
Silizium wird als Halbleiter definiert, der Eigenschaften zwischen denen eines Leiters und eines Isolators hat und für die Elektronik entscheidend ist.
Silizium wird als Halbleiter definiert, der weniger freie Elektronen als ein Leiter, aber mehr als ein Isolator hat. Diese einzigartige Eigenschaft macht Silizium in der Elektronik weit verbreitet. Silizium hat zwei Arten von Energiebändern: das Leitungsbündel und das Valenzband. Das Valenzband wird durch Energieebenen mit Valenzelektronen gebildet. Bei absolut 0oK-Temperatur ist das Valenzband mit Elektronen gefüllt, und kein Strom fließt.
Das Leitungsbündel ist das Band mit höherer Energie, in dem sich freie Elektronen befinden, die sich im Festkörper bewegen können. Diese freien Elektronen sind für den Stromfluss verantwortlich. Die Energielücke zwischen dem Leitungsbündel und dem Valenzband wird als verbotene Energielücke bezeichnet. Diese Lücke bestimmt, ob ein Material ein Metall, ein Isolator oder ein Halbleiter ist.
Die Größe der verbotenen Energielücke bestimmt, ob ein Festkörper ein Metall, ein Isolator oder ein Halbleiter ist. Metalle haben keine Lücke, Isolatoren haben eine große Lücke, und Halbleiter haben eine moderate Lücke. Silizium hat eine verbotene Lücke von 1,2 eV bei 300 K.
In einem Siliziumkristall halten kovalente Bindungen die Atome zusammen, wodurch Silizium elektrisch neutral ist. Wenn ein Elektron seine kovalente Bindung verlässt, hinterlässt es ein Loch. Mit steigender Temperatur springen mehr Elektronen ins Leitungsbündel, was zu mehr Löchern im Valenzband führt.
Energiebanddiagramm von Silizium
Das Energiebanddiagramm von Silizium zeigt die Energieebenen der Elektronen. In intrinsischem Silizium liegt der Fermi-Niveau in der Mitte der Energielücke. Durch Dotieren des intrinsischen Siliziums mit Donoratomen wird es n-dotiert, und der Fermi-Niveau rückt näher an das Leitungsbündel. Dotierung mit Akzeptoratomen macht es p-dotiert, und der Fermi-Niveau rückt näher an das Valenzband.
Energiebanddiagramm von intrinsischem Silizium
Energiebanddiagramm von extrinsischem Silizium
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