Hva er energibånd i silisium?

Hva er energibåndene til silisium?

Silisiumdefinisjon

Silisium defineres som en halvleder med egenskaper mellom de av en ledere og en isolator, viktig for elektronikk.

Silisium defineres som en halvleder med færre frie elektroner enn en leder, men flere enn en isolator. Denne unike karakteristika gjør at silisium blir mye brukt i elektronikk. Silisium har to typer energibånd: ledningsbåndet og valensbåndet. Valensbåndet dannes av energinivåer med valenselektroner. Ved absolutt 0oK temperatur er valensbåndet fylt med elektroner, og ingen strøm flyter.

Ledningsbåndet er det høyere energinivåbåndet der frie elektroner, som kan bevege seg gjennom soliden, finnes. Disse frie elektronene er ansvarlige for strømflyt. Energiforskyvningen mellom ledningsbåndet og valensbåndet kalles forbudte energiforskyvning. Denne forskyvningen bestemmer om et materiale er en metall, en isolator eller en halvleder.

Størrelsen på den forbudte energiforskyvningen bestemmer om en faststoff er en metall, en isolator eller en halvleder. Metaller har ingen forskyvning, isolatorer har en stor forskyvning, og halvledere har en moderat forskyvning. Silisium har en forbudt forskyvning på 1,2 eV ved 300 K.

I et silisiumkrystall holder kovalente bindinger atomene sammen, gjør silisium elektrisk nøytral. Når et elektron bryter seg løs fra sin kovalente binding, etterlater det et hull. Når temperaturen øker, hopper flere elektroner inn i ledningsbåndet, skaper flere hull i valensbåndet.

Energibåndsdiagram for silisium

Energibåndsdiagrammet for silisium viser energinivåene for elektroner. I intrinsisk silisium er Fermi-nivået midt i energiforskyvningen. Doping av intrinsisk silisium med donoratomer gjør det n-type, flytter Fermi-nivået nærmere ledningsbåndet. Doping med akseptoratomer gjør det p-type, flytter Fermi-nivået nærmere valensbåndet.

Energibåndsdiagram for intrinsisk silisium

Energibåndsdiagram for ekstrinsisk silisium