Kas ir intrīnseks semiduktors

Kas ir Intrinsic Semiconductor?

Intrinsic Semiconductor definīcija

Poluprovodājs ir materiāls, kura vedējas spēja atrodas starp vedēju un izolatoru. Ļoti čieši pārbaudīti poluprovodāji, kas nav piesātināti ar nekādiem sastāvdaļām, tiek saukti par Intrinsic Semiconductors vai Nepiesātinātu Poluprovodāju vai i-tipa Polupropvodāju. Visizplatītākie intrinsic semiconductori ir Kvars (Si) un Germanijs (Ge), kas pieder pie IV grupas periodiskajā tabulā. Si un Ge atomu numuri ir 14 un 32, kas dod to elektronu konfigurāciju kā 1s2 2s2 2p6 3s2 3p2 un 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d10 4p2 attiecīgi.

Abiem, Si un Ge, savā valentnē ir četri elektroni. Šie valentelektroni ir atbildīgi par poluprovodāju vedējas spēju.

Ķiverešu kristālstruktūra divdimensionālā veidā ir tā, kā attēlotā Figūrā 1. Šeit redzams, ka katrs kvara (un tāpat arī germanija) valentelektrons savienojas ar blakus esošā kvara atomā esošo valentelektronu, veidojot kovalento saiti.

Pēc savienošanas, intrinsic semiconductori trūkst brīvi maināmajiem lādiņiem, kas ir valentelektroni. Temperatūrā 0K, valentā zona ir pilna, bet vedējas zona ir tukša. Nav valentelektronu, kuriem būtu pietiekami daudz enerģijas, lai pārceltos caur aizliegto enerģijas spraugu, tāpēc intrinsic semiconductori rīkojas kā izolatori temperatūrā 0K.

Tomēr komfortabla istaba temperatūrā termālā enerģija var izraisīt dažu kovalento saiknu salaušanos, tādējādi radot brīvos elektronus, kā attēlots Figūrā 3a. Radītie elektroni uzliesmo un pārcelta no valentā zonas uz vedējas zonu, pārvarot enerģijas barjeru (Figūra 2b). Šajā procesā katrais elektrons atstāj dzelmi valentā zonā. Radītie elektroni un dzelmes tiek saukti par intrinsiskajiem lādiņiem un tie ir atbildīgi par intrinsisko poluprovodāju materiāla vedējas spēju.

Lai arī intrinsiskie poluprovodāji var vedēt komfortabla istaba temperatūrā, viņu vedējas spēja ir zema, tāpēc ka ir tikai mazs skaits lādiņu. Kad temperatūra palielinās, vairāk kovalento saiknu salaujas, radot vairāk brīvu elektronu. Šie elektroni pārcelta no valentā zonas uz vedējas zonu, palielinot vedējas spēju. Intrinsiskajā poluprovodājā elektronu skaits (ni) vienmēr ir vienāds ar dzelmu skaitu (pi).

Uz šāda intrinsiska poluprovodāja piemērojot elektromagnētisko lauku, elektronu-dzelmes pāri var tikt virzītas tā ietekmē. Šajā gadījumā elektroni kustas pretēji piemērotā lauka virzienam, savukārt dzelmes kustas pa lauka virziena. Tas nozīmē, ka elektronu un dzelmu kustības virzieni ir savstarpēji pretēji. Tas notiek tāpēc, ka, piemēram, kad kāda atoma elektrons kustas pa kreisi, atstājot dzelmi savā vietā, blakus esošā atoma elektrons apņemas šo vietu, savienojoties ar dzelmi. Tomēr, darot to, tas atstāj vēl vienu dzelmi savā vietā. To var interpretēt kā dzelmu kustību (pa labi šajā gadījumā) poluprovodāja materiālā. Abas šīs kustības, neskatoties uz to, ka tās ir savstarpēji pretējas, rezultē kopējā strāvas plūsmā caur poluprovodāju.

Matemātiski intrinsisko poluprovodāju lādiņu blīvumi tiek aprakstīti ar

Šeit,

Nc ir efektīvā stāvokļu blīvums vedējas zonā.

Nv ir efektīvā stāvokļu blīvums valentā zonā.

ir Boltzmāna konstante.

T ir temperatūra.

EF ir Fermi enerģija.

Ev norāda valentā zonas līmeni.

Ec norāda vedējas zonas līmeni.

ir Planka konstante.

mh ir dzelmes efektīvais masas.

me ir elektrona efektīvais masas.