Hvad er Energi-båndene i Silicium?

Hvad er energibåndene i silicium?

Silicium definition

Silicium defineres som en halvleder med egenskaber mellem dem af en ledere og en isolator, som er afgørende for elektronik.

Silicium defineres som en halvleder med færre frie elektroner end en leder, men flere end en isolator. Dette unikke kendetegn gør silicium bredt anvendt i elektronik. Silicium har to typer energibånd: ledningsbåndet og valensbåndet. Valensbåndet dannes af energiniveauer med valenselektroner. Ved absolut 0oK temperatur er valensbåndet fyldt med elektroner, og der strømmer ingen strøm.

Ledningsbåndet er den højere energiniveaubånd, hvor frie elektroner, som kan bevæge sig igennem det faste stof, findes. Disse frie elektroner er ansvarlige for strømflødet. Energiforskydningen mellem ledningsbåndet og valensbåndet kaldes det forbudte energiforskyd. Denne kløft bestemmer, om et materiale er en metal, en isolator eller en halvleder.

Størrelsen på det forbudte energiforskyd bestemmer, om et fast stof er en metal, en isolator eller en halvleder. Metaller har ingen kløft, isolatorer har en stor kløft, og halvledere har en moderat kløft. Silicium har et forbudt energiforskyd på 1,2 eV ved 300 K.

I et siliciumkrystal holder kovalente bindinger atomerne sammen, hvilket gør silicium elektrisk neutral. Når et elektron løsner sig fra sin kovalente binding, efterlader det et hulrum. Jo højere temperaturen bliver, desto flere elektroner hopper over i ledningsbåndet, hvilket skaber flere hulrum i valensbåndet.

Energi-båndsdiagram for silicium

Energi-båndsdiagrammet for silicium viser energiniveauerne for elektroner. I intrinsisk silicium er Fermi-niveauet midt i energikløften. Doping af intrinsisk silicium med donoratomer gør det n-type, hvilket flytter Fermi-niveauet tættere på ledningsbåndet. Doping med acceptoratomer gør det p-type, hvilket flytter Fermi-niveauet tættere på valensbåndet.

Energi-båndsdiagram for intrinsisk silicium

Energi-båndsdiagram for ekstrinsisk silicium