พลังงานแบนด์ของซิลิกอนคืออะไร

พลังงานแบนด์ของซิลิกอนคืออะไร?

คำจำกัดความของซิลิกอน

ซิลิกอนถูกกำหนดให้เป็นสารกึ่งตัวนำที่มีคุณสมบัติอยู่ระหว่างตัวนำและฉนวนไฟฟ้า ซึ่งสำคัญสำหรับอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์

ซิลิกอนถูกกำหนดให้เป็นสารกึ่งตัวนำที่มีอิเล็กตรอนเสรีน้อยกว่าตัวนำแต่มากกว่าฉนวนไฟฟ้า คุณสมบัติพิเศษนี้ทำให้ซิลิกอนได้รับการใช้งานอย่างกว้างขวางในอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ ซิลิกอนมีสองประเภทของพลังงานแบนด์: แบนด์การนำและแบนด์วาเลนซ์ แบนด์วาเลนซ์เกิดจากระดับพลังงานที่มีอิเล็กตรอนวาเลนซ์ เมื่ออุณหภูมิเท่ากับ 0oK แบนด์วาเลนซ์จะเต็มไปด้วยอิเล็กตรอน และไม่มีกระแสไฟฟ้าไหลผ่าน

แบนด์การนำเป็นแบนด์ระดับพลังงานที่สูงกว่าที่พบอิเล็กตรอนเสรีซึ่งสามารถเคลื่อนที่ตลอดทั้งเนื้อแข็ง อิเล็กตรอนเสรีเหล่านี้เป็นผู้รับผิดชอบในการไหลของกระแสไฟฟ้า ช่องว่างระหว่างแบนด์การนำและแบนด์วาเลนซ์เรียกว่าช่องว่างพลังงานที่ห้าม ช่องว่างนี้กำหนดว่าวัสดุเป็นโลหะ ฉนวนไฟฟ้า หรือสารกึ่งตัวนำ

ขนาดของช่องว่างพลังงานที่ห้ามกำหนดว่าวัสดุเป็นโลหะ ฉนวนไฟฟ้า หรือสารกึ่งตัวนำ โลหะไม่มีช่องว่าง ฉนวนไฟฟ้ามีช่องว่างใหญ่ และสารกึ่งตัวนำมีช่องว่างปานกลาง ซิลิกอนมีช่องว่างพลังงานที่ห้าม 1.2 eV ที่อุณหภูมิ 300 K

ในผลึกซิลิกอน พันธะโคเวเลนต์ยึดอะตอมไว้ด้วยกัน ทำให้ซิลิกอนเป็นกลางทางไฟฟ้า เมื่ออิเล็กตรอนหลุดออกจากพันธะโคเวเลนต์ มันจะทิ้งรูว่างไว้ เมื่ออุณหภูมิเพิ่มขึ้น อิเล็กตรอนมากขึ้นจะกระโดดเข้าสู่แบนด์การนำ สร้างรูว่างในแบนด์วาเลนซ์มากขึ้น

แผนภาพพลังงานแบนด์ของซิลิกอน

แผนภาพพลังงานแบนด์ของซิลิกอนแสดงระดับพลังงานของอิเล็กตรอน ในซิลิกอนบริสุทธิ์ ระดับเฟอร์มีอยู่ตรงกลางของช่องว่างพลังงาน การเจือสารซิลิกอนบริสุทธิ์ด้วยอะตอมผู้ให้ทำให้มันเป็นชนิด n ทำให้ระดับเฟอร์มีใกล้กับแบนด์การนำ การเจือสารด้วยอะตอมผู้รับทำให้มันเป็นชนิด p ทำให้ระดับเฟอร์มีใกล้กับแบนด์วาเลนซ์

แผนภาพพลังงานแบนด์ของซิลิกอนบริสุทธิ์

แผนภาพพลังงานแบนด์ของซิลิกอนเจือสาร