Quid est Intrinsic Semiconductor?

Quid est Intrinsic Semiconductor?

Definitio Intrinsic Semiconductor

Semiconductor est materia cuius conductivitas inter conductores et insulatores sita est. Semiconductores qui chemice puri sunt, id est sine impuritatibus, Intrinsic Semiconductors vel Undoped Semiconductors vel i-type Semiconductors appellantur. Communes Intrinsic Semiconductors sunt Silicium (Si) et Germanium (Ge), quae ad Groupum IV tabulae periodicarum pertinent. Numeri atomici Si et Ge sunt 14 et 32, quod configurationem electronicam eorum ut 1s2 2s2 2p6 3s2 3p2 et 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d10 4p2 praebet, respectivamente.

Ambae Si et Ge quattuor electrona in valentia sua habent. Haec electrona valentia pro proprietatibus conductionis semiconductorum responsibilia sunt.

Lattice crystallinum Silicii (idem etiam pro Germanio valet) in bidimensionale sicut in Figura 1 ostenditur. Hic videtur quod unumquodque electronum valentia atomi Si cum electrono valentia atomi Si adjacentis covalenter conjungitur.

Post conjunctionem, Intrinsic Semiconductors carent portantibus libera carica, quae electrona valentia sunt. Ad 0K, bandum valentiae plenum est, et bandum conductionis vacuum. Nulla electrona valentia sufficiens energiam habeant ut transire prohibitum spatium energiae possint, faciendo ut Intrinsic Semiconductors tanquam insulatores agant ad 0K.

Tamen, ad temperaturam ambientem, energia thermica paucos cohaerentes nexus rumpere potest, sic generantes electrona libera sicut in Figura 3a ostenditur. Electrona sic generata excitantur et in bandum conductionis ex bandum valentiae pertransunt, superando barrierae energiae (Figura 2b). In hoc processu, unumquodque electrum in valentia reliquit foramen. Electrona et foramina sic creata Intrinsic charge carriers appellantur et pro proprietatibus conductionis exhibitis a materia Intrinsic Semiconductor responsibilia sunt.

Quamvis Intrinsic Semiconductors ad temperaturam ambientem conducere possint, conductivitas eorum parva est ob paucos portantibus caricas. Quo magis crescit temperatura, tanto plus cohaerentes nexus rumpuntur, generantes electrona libera. Haec electrona de bandum valentiae in bandum conductionis movetur, conductivitatem augeant. Numerus electronorum (ni) semper aequalis est numero foraminum (pi) in Intrinsic Semiconductore.

Cum electricum campum ad Intrinsic Semiconductorem applicatum fuerit, electrona-foramina sub eius influentia driftari possunt. In hoc casu, electrona in directionem oppositam ad campum applicatum movetur, dum foramina in directionem campi electrici movetur sicut in Figura 3b ostenditur. Hoc significat quod directiones quarum electrona et foramina movetur mutuo oppositae sunt. Id quia, quando electrum atomi particularis dicitur ad sinistram moveri, foramen in loco suo relinquens, electrum ab atomi proximi locum eius occupat recombiniendo cum foramine illo. Sed faciendo hoc, foramen aliud in loco suo relinquit. Hoc posse videri ut movens foraminum (ad dextram in hoc casu) in materia semiconductiva. Haec duae motus, quamvis oppositi in directione, resultant in flumine totius currentis per semiconductorem.

Mathematice densitates portantium caricas in Intrinsic Semiconductores datae sunt

Hic,

Nc est densitates effectivae status in bandum conductionis.

Nv est densitates effectivae status in bandum valentiae.

k est constantia Boltzmann.

T est temperatura.

EF est energia Fermi.

Ev indicat levelum bandi valentiae.

Ec indicat levelum bandi conductionis.

h est constantia Planck.

mh est massa effectiva foraminis.

me est massa effectiva electronis.