מה הם פסיקות האנרגיה של סיליקון

מה הם פסי האנרגיה של סיליקון?

הגדרת סיליקון

סיליקון מוגדר כחומר מוליך חצי-הולך עם תכונות בין אלה של מוליך לבין אלה של מבודד, חשוב מאוד לאלקטרוניקה.

סיליקון מוגדר כחומר מוליך חצי-הולך עם פחות אלקטרונים חופשיים מאשר מוליך אך יותר מאשר מבודד. מאפיין ייחודי זה גורם לסיליקון להיות בשימוש נרחב באלקטרוניקה. לסיליקון יש שני סוגים של פסי אנרגיה: פס ההובלה ופס הערך. פס הערך הוא פס שנוצר על ידי רמות אנרגיה עם אלקטרונים של ערך. בטמפרטורת 0oK מוחלט, פס הערך מלא באלקטרונים ולא זורם בו זרם.

פס ההובלה הוא פס רמות אנרגיה גבוה יותר שבו נמצא אלקטרונים חופשיים שיכולים להתקדם ברחבי החומר המוצק. אלקטרונים חופשיים אלו אחראיים לזרימת הזרם. הפער האנרגטי בין פס ההובלה לפס הערך נקרא הפער האנרגטי האסור. הפער הזה קובע אם החומר הוא מתכת, מבודד או מוליך חצי-הולך.

גודל הפער האנרגטי האסור קובע אם החומר מוצק הוא מתכת, מבודד או מוליך חצי-הולך. מתכות אין להם פער, מבודדים יש להם פער גדול, ומוליכים חצי-הולכים יש להם פער בינוני. לסיליקון יש פער אסורי של 1.2 eV בטמפרטורה של 300 K.

בגביש הסיליקון, קשרים קוולנטיים מחזיקים את האטומים יחד, מה שהופך את הסיליקון לניטרלי מבחינה חשמלית. כאשר אלקטרון מתנתק מקשר הקוולנטי שלו, הוא משאיר חור. ככל שהטמפרטורה עולה, יותר אלקטרונים קופצים לפס ההובלה, ובכך יוצרים עוד חורים בפס הערך.

תרשים פסי אנרגיה של סיליקון

תרשים פסי האנרגיה של הסיליקון מציג את רמות האנרגיה של האלקטרונים. בסיליקון פנימי, רמת פרמי היא באמצע הפער האנרגטי. הדיפוס של סיליקון פנימי באטומים תורמים הופך אותו למוליך n-טיפוסי, מה שמקרב את רמת פרמי לפס ההובלה. הדיפוס באטומים מקבלים הופך אותו למוליך p-טיפוסי, מה שמקרב את רמת פרמי לפס הערך.

תרשים פסי אנרגיה של סיליקון פנימי

תרשים פסי אנרגיה של סיליקון חיצוני