Xi huxien hu l-Intrinsic Semiconductor?

X’hu Intrinsic Semiconductor?

Definizzjoni ta' Intrinsic Semiconductor

Il-semiconduttur huwa material li għandu konduttività bejn il-kondutturi u l-materjal isolanti. Il-semicondutturi kimiċament puri, li ifisser mhux maġmula bl-impuritajiet, jisimgħu bħala Intrinsic Semiconductors jew Undoped Semiconductors jew i-type Semiconductors. L-intrinsic semicondutturi l-iżjed komuni huma l-Silicon (Si) u l-Germanium (Ge), li jagħmlu parti minn Grupp IV tal-tavola periodika. Il-numri atomiċi ta' Si u Ge huma 14 u 32, li jiġibu konfigurazzjoni elektronika tagħhom bħal 1s2 2s2 2p6 3s2 3p2 u 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d10 4p2 rispettivament.

Kemm il-Si kemm il-Ge għandhom erbgħa elektronijiet fl-estern, jew valenza, shell. Dawn l-elektronijiet tal-valenza huma responsabili għall-proprietajiet tal-konduttività tas-semicondutturi.

Il-retiklu kristallin tal-Silicon (li huwa l-istess għal Germanium) fi żewġ dimensjonijiet huwa kif tara fil-Figura 1. Hawn tara li kull elektron tal-valenza ta' atom ta' Si jippermetti mal-elektron tal-valenza ta' l-atom adjaċent biex jifforma bond kovalenti.

Meta jkunu mmexxija, l-intrinsic semicondutturi m’għandhomx karrijers libbri tal-ħarġ, li huma l-elektronijiet tal-valenza. F’0K, il-band tal-valenza huwa mill-qiegħ u l-band tal-konduttività huwa vojt. L-ebda elektron tal-valenza għandu energija suffiċjenti biex jiġi ċavdat fuq it-triq tal-enerġija proibita, li tiftaħ l-intrinsic semicondutturi bħala isolanti f’0K.

Imma, f’temp normali, l-enerġija termika tista’ tixxieħ xi waħid minn dawn il-bonds kovalenti biex jiġu ssirruti, bl-għażla tal-elektronijiet libbri kif tara fil-Figura 3a. L-elektronijiet li nissirru mgħoddi u jiġu ekċitati u jiġu mossi fit-band tal-konduttività mill-band tal-valenza, jiġbuh l-bariera tal-enerġija (Figura 2b). Fl-istess proces, kull elektron jilgħas x-xagħra fl-band tal-valenza. L-elektronijiet u l-xagħri kreati b’dan il-mod jisimgħu bħala karrijers intrinsiċi u huma responsabili għall-proprietajiet konduttivi li jagħmlhom l-material intrinsic semiconductor.

Anki rasseb ma jkun hemm konduttività fit-temp normali, din tkun baxxa minħabba l-karrijers poċ li huma preżenti. Meta ttemperatura tgħadil, aktar bonds kovalenti ssirru, biex jiġu aktar elektronijiet libbri. Dawn l-elektronijiet jiġu mossi mill-band tal-valenza fit-band tal-konduttività, bl-għażla tal-konduttività. In-numru ta’ elektronijiet (ni) dejjem ikun l-istess in-numru ta’ xagħri (pi) fis-semiconduttur intrinsiċi.

Meta tipplica kamp elektromagnetiku għal dan is-semiconduttur intrinsiċi, l-pareġi elektron-xagħra jistgħu jiġu mossi taħt l-influwenza tiegħu. F’dan il-każ, l-elektronijiet jiġu mossi f’direzzjoni kontra l-kamp applikat mentri l-xagħri jiġu mossi f’direzzjoni tal-kamp elektromagnetiku kif tara fil-Figura 3b. Dan ifisser li l-direzzjonijiet meta l-elektronijiet u l-xagħri jiġu mossi huma mutwalment kontra. Din hi sabiex, meta elektron ta’ atom partikulari jiġi moss lejn esempji, is-solġ, biex jilgħas x-xagħra fl-post tiegħu, l-elektron mill-atom adjaċent jiġi occupa l-post tiegħu billi jiġi riċombinat mex-xagħra. Imma wara dan, jiġi lissa x-xagħra oħra fil-post tiegħu. Dan jista’ jiġi rigħejel bħala moviment tal-xagħri (lejn is-solġ f’dan il-każ) fis-semiconduttur. Dawn żewġ movimenti, anki huma kontra direzzjonali, jiġu bl-għażla tal-flus totali tas-silġ fit-semiconduttur.

Matematikament id-densità tal-karrijers tas-silġ fis-semicondutturi intrinsiċi jintuħroġ bħal:

Hawn,

N c huwa d-densità effettiva tal-stati fit-band tal-konduttività.

Nv huwa d-densità effettiva tal-stati fit-band tal-valenza.

huwa konstanta Boltzmann.

T huwa t-temperatura.

EF huwa l-enerġija Fermi.

Ev tindika l-livell tal-band tal-valenza.

Ec tindika l-livell tal-band tal-konduttività.

huwa konstanta Planck.

mh huwa l-massa effettiva tax-xagħra.

me huwa l-massa effettiva tal-elektron.