Zer da Barneko Semikonduktorea?

Zer da Intrinsic Semiconductor?

Intrinsic Semiconductor Definizioa

Semiconductorra material bat da, bere gutxidura handik zehar kokatzen den konduktoreen eta aisialdiaren artean. Kimikoki garbiak diren, hots, kontaminazio gabeak, semiconductorren Intrinsic Semiconductors edo Undoped Semiconductor edo i-type Semiconductor deitzen zaie. Intrinsic semiconductoren gehien erabiliak dira Silicio (Si) eta Germanio (Ge), Periodiko Taulako IV Taldekoak. Si eta Ge-ren atomuko zenbakia 14 eta 32 dira, haien konfigurazio elektronikoa hurrenez hurren 1s2 2s2 2p6 3s2 3p2 eta 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d10 4p2 izango lirateke.

Si eta Ge biak lau elektron dituzte kanpoaldeko edo valentzia osagaian. Elektron horiek dira semiconductorren konduktibitate propietateen responsabilerik.

Silicio kristal-latticea (Germaniok ere berdina) bi dimentsiotan ikus daiteke irudian. Hemen ikusten denez, Si atomo baten valentzia elektronoek lotura kovalenteak sortzen dituzte aldeko Si atomoen valentzia elektronoez.

Lotura ostean, intrinsic semiconductorrek falta dute elektron libreak, valentzia elektronotzat hartzen direnak. 0K-an, valentzia banda beteta dago, eta konduktibitate banda hutsik. Ez du inolako valentzia elektronorik nahikoa energia baldintza konpontzeko, hots, intrinsic semiconductorrek aisialdi bezala jarduten 0K-an.

Baina egon hilaren tenperaturan, energia termikak batzuketako lotura kovalente batzuk zatitu ditzake, horrela elektron libreak sortzen ditu irudian 3a. Elektron horiek aktibatzen dira eta konduktibitate bandatik valentzia bandara igotzen dira, energia barrutia gaindituta (Irudia 2b). Prozesu honetan, elektron bakoitzak hueka utzi dezake valentzia bandan. Elektron eta huek horiek intrinsic charge carriers deitzen zaizkie, eta hauek dira intrinsic semiconductor materialaren konduktibitate propietateen responsabilerik.

Baino ez da hainbat charge carrierren bitartez, intrinsic semiconductorrek kondu ditzakete egon hilaren tenperaturan. Tenperatura handitzean, gehiago lotura kovalenteak zatitu egin dira, gehiagotan elektron libreak sortzen dituzte. Elektron horiek valentzia bandatik konduktibitate bandara igotzen dira, konduktibitatea handituz. Elektron kopurua (ni) beti datoz holeen kopuruarekin (pi) intrinsic semiconductorrean.

Elektrikoa aplikatzean intrinsic semiconductor bati, elektron-huelek drift egin ditzakete. Kasu horretan, elektronak elektrikoa aplikatutako norabidearen aurka mugitzen dira, eta hueak elektrikoa aplikatutako norabidean mugitzen dira, irudian 3b. Honek esan nahi du elektron eta hueak mugitzen direla norabide desberdinak. Hori dela eta, elektron batek esaterako, ezkerrera mugitzen badu hue bat utzita, elektron hurrengo atomoko elektronak hue hori lehertzen du. Baina horretarako, hue bat gehiago utziko du. Hau interpretatu daiteke hueen mugimendu gisa (eskuinaldera kasu honetan) semiconductor materialan. Mugimendu biak, norabide desberdinetan, semiconductoraren korrontea eraginez ematen dute.

Matematikoki, intrinsic semiconductorren charge carrier densityak honela adierazten dira

Hemen,

Nc konduktibitate bandako estatuen densitate efektiboa da.

Nv valentzia bandako estatuen densitate efektiboa da.

k Boltzman konstantea da.

T tenperatura da.

EF Fermi energia da.

Ev valentzia bandaren maila adierazten du.

Ec konduktibitate bandaren maila adierazten du.

h Planck konstantea da.

mh hue baten masa efektiboa da.

me elektron baten masa efektiboa da.