Што е интразинска полупроводлива материја

Полупроводник е материјал чијата проводливост се наоѓа помеѓу таа на проводници и изолатори. Полупроводниците кои се хемиски чисти, што значи без примеси, се нарекуваат Интраксин Semiconductor или Недопирани полупроводници или i-тип полупроводници. Најзастапени интраксин Semiconductor се Силициум (Si) и Германиум (Ge), кои припаѓаат до Група IV од периодниот систем. Атомските броеви на Si и Ge се 14 и 32, што им дава електронска конфигурација 1s2 2s2 2p6 3s2 3p2 и 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d10 4p2, соодветно.

Соодветно, Si и Ge имаат четири електрона во својата најдалечна, или валентна, обвивка. Овие валентни електрони се одговорни за проводните својства на полупроводниците.

Кристалната мрежа на Силициум (се исто така и за Германиум) во две димензии е како што е прикажана на Слика 1. Тука се гледа дека секој валентен електрон од атомот на Si парира со валентниот електрон на соседниот атом на Si за да формира ковалентна врска.

Меѓутоа, при собна температура, термалната енергија може да предизвика неколку ковалентни врски да се склопат, што ги генерира слободните електрони како што е прикажано на Слика 3а. Електроните кои се генерираат се возбудени и се движеат од валентната зона во проводната зона, преодолејќи енергетскиот барьер (Слика 2б). Токму во овој процес, секој електрон го остава ѕрцо во валентната зона. Електроните и ѕрцата создадени на овој начин се нарекуваат интраксини носачи на наелектрисани частици и се одговорни за проводните својства што ги покажува интраксин Semiconductor материјалот.

Иако интраксин Semiconductor може да проводи при собна температура, неговата проводливост е ниска поради мал број на носачи на наелектрисани частици. Со зголемување на температурата, повеќе ковалентни врски се склопуваат, што ги генерира повеќе слободни електрони. Овие електрони се движеат од валентната зона во проводната зона, што го зголемува нивното проводно својство. Бројот на електрони (ni) секогаш е еднаков на бројот на ѕрца (pi) во интраксин Semiconductor.

При примената на електричко поле на таков интраксин Semiconductor, паровите електрон-џрце можат да се движеат под негово влијание. Во овој случај, електроните се движеат во насока спротивна на применетото поле, додека ѕрцата се движеат во насока на електричкото поле како што е прикажано на Слика 3б. Тоа значи дека насоките по кои се движеат електроните и ѕрцата се взаемно спротивни. Ова е затоа што, кога електронот од конкретен атом се движи, рецимо, лево, оставајќи ѕрце на своето место, електронот од соседниот атом го заема неговото место со рекомбинирање со тоа ѕрце. Меѓутоа, додека тоа прави, тој би оставил уште едно ѕрце на своето место. Ова може да се види како движење на ѕрцата (кон десница во овој случај) во полупроводничкиот материјал. Овие две движења, иако спротивни по насока, резултираат со целосен проток на струја низ полупроводника.

Математички, густината на носачите на наелектрисани частици во интраксин Semiconductor се даваат со:

Тука,

N c е ефективната густина на состојби во проводната зона.

Nv е ефективната густина на состојби во валентната зона.

k е Болцманова константа.

T е температурата.

EF е Фермиева енергија.

Ev указува на ниво на валентната зона.

Ec указува на ниво на проводната зона.

h е Планковата константа.

mh е ефективната маса на ѕрцето.

me е ефективната маса на електронот.