Jakie są pasma energetyczne krzemu?

Czym są pasma energetyczne krzemu?

Definicja krzemu

Krzem definiuje się jako półprzewodnik o właściwościach pośrednich między przewodnikiem a izolatorem, kluczowy dla elektroniki.

Krzem to półprzewodnik z mniejszą liczbą wolnych elektronów niż przewodnik, ale większą niż izolator. Ta unikalna cecha sprawia, że krzem jest szeroko stosowany w elektronice. Krzem ma dwa rodzaje pasm energetycznych: pasmo przewodzenia i pasmo walencyjne. Pasma walencyjne tworzone są przez poziomy energetyczne z elektronami walencyjnymi. W temperaturze bezwzględnej 0oK pasmo walencyjne jest wypełnione elektronami, a prąd nie płynie.

Pasma przewodzenia to wyższy poziom energetyczny, gdzie znajdują się wolne elektrony, które mogą poruszać się w całym ciele stałym. Są one odpowiedzialne za przepływ prądu. Przerwa energetyczna między pasmem przewodzenia a pasmem walencyjnym nazywana jest zabronioną przerwą energetyczną. Ta przerwa określa, czy materiał jest metalem, izolatorem czy półprzewodnikiem.

Rozmiar zabronionej przerwy energetycznej określa, czy ciało stałe jest metalem, izolatorem czy półprzewodnikiem. Metale nie mają przerwy, izolatory mają dużą przerwę, a półprzewodniki mają umiarkowaną przerwę. Krzem ma zabronioną przerwę 1,2 eV przy 300 K.

W kryształu krzemu wiązania kowalencyjne trzymają atomy razem, czyniąc krzem elektrycznie neutralnym. Gdy elektron uwalnia się ze swego wiązania kowalencyjnego, zostawia dziurę. Z wzrostem temperatury więcej elektronów skacze do pasa przewodzenia, tworząc więcej dziur w pasmie walencyjnym.

Diagram pasm energetycznych krzemu

Diagram pasm energetycznych krzemu pokazuje poziomy energetyczne elektronów. W wewnętrzny krzem poziom Fermiego znajduje się w środku przerwy energetycznej. Dotowanie wewnętrzny krzem atomami dawczymi czyni go typu n, przesuwając poziom Fermiego bliżej pasa przewodzenia. Dotowanie atomami akceptorowymi czyni go typu p, przesuwając poziom Fermiego bliżej pasa walencyjnego.

Diagram pasm energetycznych wewnętrzny krzemu

Diagram pasm energetycznych zewnętrzny krzemu