Kio estas Intrinsic Semiconductor?
Kio estas Intrinsic Semiconductor?
Difino de Intrinsic Semiconductor
Semiconductor estas materialo, kies kondukemebleco kuŝas inter tiu de konduktoroj kaj izoliloj. Semiconductors, kiuj estas kemie pure, t.e. sen impurajoj, nomiĝas Intrinsic Semiconductors aŭ Undoped Semiconductor aŭ i-tipa Semiconductor. La plej komunaj intrinsic semiconductors estas Silicio (Si) kaj Germanio (Ge), kiuj apartenas al Grupo IV de la perioda tablo. La atomnombroj de Si kaj Ge estas 14 kaj 32, kio donas ilian elektronan konfiguron kiel 1s2 2s2 2p6 3s2 3p2 kaj 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d10 4p2 respektive.
Ambaŭ Si kaj Ge havas kvar elektronojn en siaj plej ekstera, aŭ valentaj, ŝeloj. Ĉes valentaj elektronoj estas responsaj pri la kondukaj ecoj de la semiconductors.
La kristalkrado de Silicio (estas la sama eĉ por Germanio) en du dimensioj estas montrita en Figuro 1. Ĉi tie oni vidas, ke ĉiu valenta elektrono de atomo de Si parigas kun la valenta elektrono de najbara atomo de Si por formi kovalentan ligon.
Post parigo, intrinsic semiconductors mankas librajn ŝarĝokarierojn, kiuj estas la valentaj elektronoj. Je 0K, la valenta bando estas plena, kaj la kondukanta bando estas malplena. Neniu valenta elektrono havas sufiĉan energion por transiri la forbaritan energian interspaceton, farante ke intrinsic semiconductors agas kiel izoliloj je 0K.
Tamen, je ĉambrotemperaturo, la termalenergio povas kaŭzi, ke kelkaj el la kovalentaj ligoj rompiĝos, do generante liberajn elektronojn kiel montrite en Figuro 3a. La tiel generitaj elektronoj eksitas kaj moviĝas en la konduktan bandon el la valentan bando, superante la energian barieron (Figuro 2b). Dum tiu procezo, ĉiu elektrono lasas for spacon en la valenta bando. La elektronoj kaj spacoj kreitaj tiel nomiĝas intrinsic ŝarĝokarieroj kaj estas responsaj pri la kondukaj ecoj montritaj de la intrinsic semiconductor materialo.
Ankaŭ se intrinsic semiconductors povas konduki je ĉambrotemperaturo, ilia kondukemebleco estas malalta pro la malmultaj ŝarĝokarieroj. Kiam temperaturo pliiĝas, pli da kovalentaj ligoj rompiĝas, generante pli da liberaj elektronoj. Ĉes elektronoj moviĝas el la valenta bando al la konduktan bando, pliigante la kondukemeblecon. La nombro de elektronoj (ni) ĉiam egalas la nombron de spacoj (pi) en la intrinsic semiconductor.
Aplicante elektran kampon al tia intrinsic semiconductor, la elektrono-spaco paroj povas esti fariĝitaj por drifi sub sia influo. En tiu okazo, la elektronoj moviĝas en la direkto kontraŭa al tiu de la aplikita kampo dum la spacoj moviĝas en la direkto de la elektra kampo kiel montrite en Figuro 3b. Tio signifas, ke la direkto laŭ kiu la elektronoj kaj la spacoj moviĝas estas reciproke kontraŭa. Ĉi tio estas ĉar, kiam elektrono de certa atomo moviĝas, diru, maldekstre, lasante spacon en sia loko, la elektrono de najbara atomo okupas sian lokon rekomencante kun tiu spaco. Tamen dum tiu ago, ĝi lasus unu plian spacon en sia loko. Ĉi tio povas esti vidita kiel la moviĝo de la spacoj (direkte al la dekstro en tiu okazo) en la semiconductor materialo. Ĉes du moviĝoj, kvankam kontraŭaj en direkto, rezultas en la totala fluo de elektra ŝarĝo tra la semiconductor.
Matematike la ŝarĝokariero-densecoj en intrinsic semiconductors estas donitaj per
Ĉi tie,
Nc estas la efektivaj densecoj de statoj en la konduktan bando.
Nv estas la efektivaj densecoj de statoj en la valenta bando.
estas la Boltzmann konstanto.
T estas la temperaturo.
EF estas la Fermi-energio.
Ev indikas la nivelon de la valenta bando.
Ec indikas la nivelon de la konduktan bando.
estas la Planck konstanto.
mh estas la efektiva maso de spaco.
me estas la efektiva maso de elektrono.
