Cén fáth atá ag Intrinsic Semiconductor?

Cén é an Intrinsic Semiconductor?

Míniú ar Intrinsic Semiconductor

Is ábhar é an semiconductor a ghealltacht ionchuirpthe le linn idir na comhdhúile agus na díchúile. Tugtar Intrinsic Semiconductors, Undoped Semiconductors nó i-type Semiconductors ar shemiconductors atá glan go heolaíoch, mar sin féin, saor ó impúir. Is Silicon (Si) agus Germanium (Ge) na foinsí intrínseach is coitianta, a bhfuil siad in ghrúpa IV den tábla réamhordaithe. Is 14 agus 32 uimhreacha atoma Si agus Ge, a churann a gcónraíocht leictreonacha mar 1s2 2s2 2p6 3s2 3p2 agus 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d10 4p2, comhfhreagrach.

Tá ceithre leictrón ag gach ceann de Si agus Ge ina n-uisceán amuigh, nó valence, shell. Is é na leictróna valence seo atá freagrach as na carachtair ionchuirpthe na ndúileach.

Tá an reisiceantar craisde Silicon (agus tá sé cosúil le Germanium freisin) i dhá thomhas mar a léirítear i Figiúr 1. Seo a fheictear gur iad na leictróna valence de chlúiche Si a phósann leis na leictróna valence de chlúiche Si eile chun bond covalent a chruthú.

Tar éis an bpósadh, gan carriers lánleictriúla saor, a bhfuil iad na leictróna valence. Ag 0K, tá an band valence lán, agus an band conduction folamh. Níl aon leictrón valence a bhfuil gnéithe sásúla chun an gab éifeachta a mhairg, ag déanamh intrinsic semiconductors a oibriú mar díchúile ag 0K.

Ach ag teocht seomra, d’fhéadfadh an t-eimear téarmach roinnt de na bonds covalent a scrios, ag cruthú leictróna saor mar a léirítear i Figiúr 3a. Glacann na leictróna seo a chruthaíodh buaidh agus bheannaíonn siad an band conduction ón band valence, ag iarraidh an barr éifeachta (Figiúr 2b). Le linn an phróise seo, fágann gach leictrón toll i mband valence. Tugtar carriers lánleictriúla intrínseach ar na leictróna agus na tollaí a chruthaíodh de bharr seo, agus is iad atá freagrach as na carachtair ionchuirpthe atá le feiceáil sa ábhar intrinsic semiconductor.

Cé go mbeidh intrinsic semiconductors in ann ionchurp a dhéanamh ag teocht seomra, is íseal a ghealltacht ionchuirpthe mar gheall ar na carriers lánleictriúla beaga. Mar a fhéadfaí teocht a mhéadú, brisfidh níos mó de na bonds covalent, ag cruthú níos mó leictróna saor. Glacann na leictróna seo buaidh ón band valence go dtí an band conduction, ag méadú gealltacht. Is é líon na leictróna (ni) a chionn is é líon na tollaí (pi) san intrinsic semiconductor.

Ag cur réimse leictreach ar intrinsic semiconductor mar seo, is féidir le pairs electron-hole drif a dhéanamh faoin tionchar. Sa chás seo, gluaiseann na leictróna i dtreo contrártha don réimse a cuireadh isteach agus gluaiseann na tollaí i dtreo an réimse leictreach mar a léirítear i Figiúr 3b. Seo a chiallaíonn gur contrártha iad na dtreo ina ngluaisfidh na leictróna agus na tollaí. Tá sé seo mar gheall, nuair a gluaiseann leictrón de chlúiche áirithe ar chúl, trí toll a fhágáil ina áit, níos cúrsaí an leictrón ón clúiche gairmitheach a ghlacann a áit trí athbhunú leis an toll. Ach ag déanamh seo, d’fhág sé toll breise ina áit. Is féidir leis seo a fheiceáil mar ghluais an tollaí (i dtreo an lár sa chás seo) sa ábhar semiconductor. Díolann na dhá gluais, cé go bhfuil siad contrártha i dtreo, i sruth iomlán trí an semiconductor.

Matamaiticiúil, tá na tiomachtaí carriers lánleictriúla in intrinsic semiconductors le feiceáil mar

Anseo,

Nc is é na tiomachtaí staid eigeantach i mband conduction.

Nv is é na tiomachtaí staid eigeantach i mband valence.

k is é an consánta Boltzmann.

T is é an teocht.

EF is é an énergie Fermi.

Ev léiríonn an leibhéal band valence.

Ec léiríonn an leibhéal band conduction.

h is é an consánta Planck.

mh is é an mas eigeantach hole.

me is é an mas eigeantach leictrón.