چه چیزی باندهای انرژی سیلیکون هستند

نوارهای انرژی سیلیکون چیست؟

تعریف سیلیکون

سیلیکون به عنوان یک نیم‌رسانا با ویژگی‌های بین رسانا و عایق تعریف می‌شود که برای الکترونیک حیاتی است.

سیلیکون به عنوان یک نیم‌رسانا با الکترون‌های آزاد کمتر از یک رسانا اما بیشتر از یک عایق تعریف می‌شود. این ویژگی منحصر به فرد سیلیکون را در الکترونیک به طور گسترده‌ای مورد استفاده قرار می‌دهد. سیلیکون دو نوع نوار انرژی دارد: نوار رسانش و نوار اتصال. نوار اتصال از سطوح انرژی با الکترون‌های اتصال تشکیل شده است. در دمای صفر مطلق (0oK) نوار اتصال با الکترون‌ها پر شده و جریانی جریان نمی‌یابد.

نوار رسانش نوار سطح انرژی بالاتر است که الکترون‌های آزاد، که می‌توانند در سراسر جامد حرکت کنند، در آن یافت می‌شوند. این الکترون‌های آزاد مسئول جریان الکتریکی هستند. فاصله انرژی بین نوار رسانش و نوار اتصال به نام فاصله انرژی ممنوعه شناخته می‌شود. این فاصله تعیین می‌کند که یک ماده چهارچوبی، عایق یا نیم‌رسانا است.

اندازه فاصله انرژی ممنوعه تعیین می‌کند که یک جامد چهارچوبی، عایق یا نیم‌رسانا است. فلزات هیچ فاصله‌ای ندارند، عایق‌ها فاصله بزرگی دارند و نیم‌رساناهای فاصله متوسطی دارند. سیلیکون دارای فاصله انرژی ممنوعه ۱.۲ الکترون‌ولت در دمای ۳۰۰ کلوین است.

در بلور سیلیکون، پیوندهای کوالانسی اتم‌ها را به هم متصل می‌کنند و سیلیکون را خنثی الکتریکی می‌کنند. وقتی یک الکترون از پیوند کوالانسی خود جدا می‌شود، یک سوراخ باقی می‌گذارد. با افزایش دما، الکترون‌های بیشتری به نوار رسانش می‌پردازند و سوراخ‌های بیشتری در نوار اتصال ایجاد می‌کنند.

نمودار نوارهای انرژی سیلیکون

نمودار نوارهای انرژی سیلیکون سطوح انرژی الکترون‌ها را نشان می‌دهد. در سیلیکون ذاتی، سطح فرمی در وسط فاصله انرژی قرار دارد. دوپینگ سیلیکون ذاتی با اتم‌های اهداکننده آن را n-نوعی می‌کند و سطح فرمی را به نوار رسانش نزدیک می‌کند. دوپینگ با اتم‌های پذیرنده آن را p-نوعی می‌کند و سطح فرمی را به نوار اتصال نزدیک می‌کند.

نمودار نوارهای انرژی سیلیکون ذاتی

نمودار نوارهای انرژی سیلیکون غیرذاتی