Що таке енергетичні зони кремнію

Що таке енергетичні зони кремнію?

Визначення кремнію

Кремній визначається як напівпровідник, чиї властивості знаходяться між властивостями провідника та ізолятора, що є важливим для електроніки.

Кремній визначається як напівпровідник, який має менше вільних електронів, ніж провідник, але більше, ніж ізолятор. Ця унікальна характеристика робить кремній широко використовуваним в електроніці. У кремнію є два типи енергетичних зон: зона проводимості та валентна зона. Валентна зона утворена енергетичними рівнями з валентними електронами. При абсолютному нулю (0oK) валентна зона заповнена електронами, і струм не протікає.

Зона проводимості - це більш високий енергетичний рівень, де знаходяться вільні електрони, які можуть рухатися по всьому твердому тілу. Саме ці вільні електрони відповідають за протікання струму. Енергетичний проміжок між зонами проводимості та валентної зони називається забороненою енергетичною щілиною. Ця щілина визначає, чи є матеріал металом, ізолятором або напівпровідником.

Розмір забороненої енергетичної щілини визначає, чи є тверде тіло металом, ізолятором або напівпровідником. Метали не мають щілини, ізолятори мають велику щілину, а напівпровідники мають середню щілину. Кремній має заборонену щілину 1,2 еВ при 300 К.

У кристалі кремнію атоми з'єднуються ковалентними зв'язками, роблячи кремній електрично нейтральним. Коли електрон відокремлюється від свого ковалентного зв'язку, він залишає дірку. Зі збільшенням температури все більше електронів переходять до зони проводимості, створюючи більше дірок у валентній зоні.

Діаграма енергетичних зон кремнію

Діаграма енергетичних зон кремнію показує енергетичні рівні електронів. У внутрішньому кремнію рівень Фермі знаходиться посередині енергетичної щілини. Допінг внутрішнього кремнію донорними атомами робить його n-типом, переміщаючи рівень Фермі ближче до зони проводимості. Допінг акцепторними атомами робить його p-типом, переміщаючи рівень Фермі ближче до валентної зони.

Діаграма енергетичних зон внутрішнього кремнію

Діаграма енергетичних зон допінгованого кремнію