Nini ni Intrinsic Semiconductor

Ni ni Intrinsic Semiconductor?

Maana ya Intrinsic Semiconductor

Mtaani ni mteremko ambao uchambuzi wake unapatikana kati ya wauchaji na wakimbizi. Mitaani ambayo ni safi kimkimbo, maana hazina nyongeza, huitwa Intrinsic Semiconductors au Undoped Semiconductors au i-type Semiconductors. Mitaani inayofanikiwa sana ya intrinsic ni Silicon (Si) na Germanium (Ge), ambayo zinazozuka kwenye Kundi IV la meza ya mzunguko. Namba za atomi za Si na Ge ni 14 na 32, ambazo hutoa mfano wa utambulisho wao wa electrons kama 1s2 2s2 2p6 3s2 3p2 na 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d10 4p2, kwa mtiririko.

Si na Ge wote wanahitaji electrons watano katika kiwango chao cha nje au valence. Electrons hii za valence ndizo zinazohusika katika uchambuzi wa mitaani.

Mtandao wa kristali wa Silicon (ni sawa pia kwa Germanium) kwenye miundo miwili ni kama inavyoelezwa katika Sura 1. Hapa tunavyoona kuwa electrons bila moja za valence za atomi la Si yanawezekana kujenga bond covalent na electrons za valence za atomi la Si yenye jirani.

Baada ya kupanga, mitaani intrinsic hayana wawekezaji wa charge wadogo, ambao ni electrons za valence. Katika 0K, band ya valence imejaa, na band ya conduction imekuwa tupu. Electrons yoyote za valence hazijapewa nafasi ya kutosha ya kutembelea toka band ya valence hadi band ya conduction, kufanya mitaani intrinsic kukua kama insulators katika 0K.

Lakini, katika joto la chumba, nishati ya moto inaweza kusababisha bond zenye chache kuvunjika, kubonyeza electrons wazima kama inavyoelezwa katika Sura 3a. Electrons hii zilizokimbia zinatembelea kutoka band ya valence hadi band ya conduction, kukipata energy barrier (Sura 2b). Wakati huo, electrons kila moja huacha chache kwenye band ya valence. Electrons na holes zilizokimbia hivi zinaitwa intrinsic charge carriers na zinahusika katika magumu ya uchambuzi yanayotolewa na material ya intrinsic semiconductor.

Ingawa mitaani intrinsic zinaweza kukua kwenye joto la chumba, uchambuzi wao unaelekea chini kutokana na wawekezaji wadogo wa charge. Mara joto liko juu, bond zaidi zinavunjika, kubonyeza electrons zaidi zazima. Electrons hizi zinatembelea kutoka band ya valence hadi band ya conduction, kunzima uchambuzi. Idadi ya electrons (ni) itakuwa sawa na idadi ya holes (pi) kwenye intrinsic semiconductor.

Katika kutumia electric field kwenye intrinsic semiconductor, electron-hole pairs zinaweza kutumika kuchoka kwenye mwendo wake. Hapa, electrons zinatembelea upande mzito wa electric field, na holes zinatembelea upande wa electric field kama inavyoelezwa katika Sura 3b. Hii inamaanisha kwamba electrons na holes zinatembelea upande tofauti. Kwa sababu, electrons moja ya atomi fulani itatembelea upande mzito, kuleta hole kwenye nyanja yake, electrons ya atomi yenye jirani itajifunga kwenye nyanja hiyo. Ingawa hivyo, itatengeneza hole kingine kwenye nyanja lake. Hii inaweza kuangalia kama mwendeko wa holes (kwenye upande wa kulia katika hali hii) kwenye material ya semiconductor. Mwendeko wa electrons na holes, ingawa ni tofauti, inatoa mzunguko wa current kwenye semiconductor.

Kwa njia ya hisabati, ukunguza wa wawekezaji wa charge kwenye mitaani intrinsic ni:

Hapa,

N c ni ukunguza wa state za kioti kwenye band ya conduction.

Nv ni ukunguza wa state za kioti kwenye band ya valence.

ni Boltzmann constant.

T ni joto.

EF ni nishati ya Fermi.

Ev inaelezea kiwango cha band ya valence.

Ec inaelezea kiwango cha band ya conduction.

ni Planck constant.

mh ni uzito wa mwisho wa hole.

me ni uzito wa mwisho wa electron.