Τι είναι οι Ζώνες Ενέργειας του Σιλικίου;

Τι είναι οι Ζώνες Ενέργειας του Σιλικίου;

Ορισμός Σιλικίου

Ο σιλικίος ορίζεται ως ημιχαλκούς με ιδιότητες μεταξύ αυτών ενός ηλεκτροδότη και ενός απομονωτή, που είναι βασικός για τα ηλεκτρονικά.

Ο σιλικίος ορίζεται ως ημιχαλκός με λιγότερους ελεύθερους ηλεκτρόνες από έναν ηλεκτροδότη, αλλά περισσότερους από έναν απομονωτή. Αυτή η μοναδική ιδιότητα καθιστά τον σιλικίο ευρέως χρησιμοποιούμενο στα ηλεκτρονικά. Ο σιλικίος έχει δύο τύπους ζώνων ενέργειας: την ζώνη ηλεκτρομεταφοράς και την ζώνη παρασύνδεσης. Η ζώνη παρασύνδεσης σχηματίζεται από επίπεδα ενέργειας με ηλεκτρόνια παρασύνδεσης. Σε απόλυτη θερμοκρασία 0oK, η ζώνη παρασύνδεσης είναι γεμάτη με ηλεκτρόνια και δεν ρέει ρεύμα.

Η ζώνη ηλεκτρομεταφοράς είναι η ζώνη υψηλότερης ενέργειας όπου βρίσκονται οι ελεύθεροι ηλεκτρόνιοι, οι οποίοι μπορούν να κινούνται σε όλο το στερεό. Αυτά τα ελεύθερα ηλεκτρόνια είναι υπεύθυνα για την ροή ρεύματος. Το χάσμα ενέργειας μεταξύ της ζώνης ηλεκτρομεταφοράς και της ζώνης παρασύνδεσης ονομάζεται απαγορευμένο χάσμα ενέργειας. Αυτό το χάσμα αποφασίζει αν ένα υλικό είναι μέταλλο, απομονωτής ή ημιχαλκός.

Το μέγεθος του απαγορευμένου χάσματος ενέργειας αποφασίζει αν ένα στερεό είναι μέταλλο, απομονωτής ή ημιχαλκός. Τα μέταλλα δεν έχουν χάσμα, οι απομονωτές έχουν μεγάλο χάσμα, και οι ημιχαλκοί έχουν μέτριο χάσμα. Ο σιλικίος έχει απαγορευμένο χάσμα 1,2 eV στην θερμοκρασία 300 K.

Σε ένα κρύσταλλο σιλικίου, οι συνδεσμοί παρασύνδεσης κρατούν τα άτομα μαζί, κάνοντας τον σιλικίο ηλεκτρικά ουδέτερο. Όταν ένα ηλεκτρόνι διαλύεται από τον συνδεσμό παρασύνδεσης, αφήνει ένα κενό. Καθώς η θερμοκρασία αυξάνεται, περισσότερα ηλεκτρόνια πηδούν στην ζώνη ηλεκτρομεταφοράς, δημιουργώντας περισσότερα κενά στην ζώνη παρασύνδεσης.

Διάγραμμα Ζώνων Ενέργειας του Σιλικίου

Το διάγραμμα ζώνων ενέργειας του σιλικίου δείχνει τα επίπεδα ενέργειας των ηλεκτρονίων. Στον εγχειρηματικό σιλικίο, το επίπεδο Fermi είναι στη μέση του χάσματος ενέργειας. Η δοπαντική του εγχειρηματικού σιλικίου με δωρητικά άτομα το κάνει n-τύπου, μετακινώντας το επίπεδο Fermi πιο κοντά στην ζώνη ηλεκτρομεταφοράς. Η δοπαντική με αποδεκτικά άτομα το κάνει p-τύπου, μετακινώντας το επίπεδο Fermi πιο κοντά στην ζώνη παρασύνδεσης.

Διάγραμμα Ζώνων Ενέργειας του Εγχειρηματικού Σιλικίου

Διάγραμμα Ζώνων Ενέργειας του Εξωγενούς Σιλικίου