ఇన్‌ట్రిన్సిక్ సెమికండక్టర్ ఏంటి?

ఇన్‌ట్రిన్‌సిక్ సెమికాండక్టర్ ఏంటి?

ఇన్‌ట్రిన్‌సిక్ సెమికాండక్టర్ నిర్వచనం

సెమికాండక్టర్ అనేది కండక్టర్లు మరియు ఇన్స్యులేటర్ల మధ్య ఉండే ప్రవాహకతను కలిగి ఉంటుంది. రసాయనశాస్త్రంగా శుద్ధంగా ఉన్న, అంటే ప్రమాదాలు లేని సెమికాండక్టర్లను ఇన్‌ట్రిన్‌సిక్ సెమికాండక్టర్లు లేదా అన్డోపెడ్ సెమికాండక్టర్లు లేదా i-ప్రకారం సెమికాండక్టర్లు అంటారు. అత్యధిక సాధారణ ఇన్‌ట్రిన్‌సిక్ సెమికాండక్టర్లు సిలికాన్ (Si) మరియు జర్మనియం (Ge), వీటిలో పీరియడిక్ టేబుల్ యొక్క గ్రూప్ IV చెందినవి. Si మరియు Ge యొక్క అణు సంఖ్యలు 14 మరియు 32, వీటి ఎలక్ట్రానిక్ కన్ఫిగరేషన్లు వరుసగా 1s2 2s2 2p6 3s2 3p2 మరియు 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d10 4p2.

Si మరియు Ge ద్వారా వాటి బాహ్య లేదా వాలెన్స్ శెల్లులో నాలుగు ఎలక్ట్రాన్లు ఉన్నాయి. ఈ వాలెన్స్ ఎలక్ట్రాన్లు సెమికాండక్టర్ల ప్రవాహకతను నిర్ధారిస్తాయి.

సిలికాన్ (జర్మనియం కూడా అలాగే) యొక్క క్రిస్టల్ లాటిస్ రెండు డైమెన్షనల్లో చిత్రం 1 లో చూపించబడింది. ఇక్కడ ప్రతి సి పరమాణువు యొక్క వాలెన్స్ ఎలక్ట్రాన్ అంతర్భుత సి పరమాణువు యొక్క వాలెన్స్ ఎలక్ట్రాన్తో జతపరచి కోవాలంట్ బాండ్ ఏర్పరచబడుతుంది.

జతపరిచిన తర్వాత, ఇన్‌ట్రిన్‌సిక్ సెమికాండక్టర్లు విచ్ఛిన్న చార్జ్ క్రియాకర్తలను, వాలెన్స్ ఎలక్ట్రాన్లను లేవు. 0K వద్ద, వాలెన్స్ బాండ్ పూర్తిగా ఉంటుంది, కండక్షన్ బాండ్ ఖాళీగా ఉంటుంది. ఎలాకైనా వాలెన్స్ ఎలక్ట్రాన్లు నిషేధిత ఎనర్జీ గ్యాప్ దాటి పారాడలేవు, ఇది 0K వద్ద ఇన్‌ట్రిన్‌సిక్ సెమికాండక్టర్లను ఇన్స్యులేటర్లంటే చేస్తుంది.

కానీ, రూమ్ టెంపరేచర్ వద్ద, థర్మల్ ఎనర్జీ కొన్ని కోవాలంట్ బాండ్లను తుప్పించుకోవచ్చు, అలాగే చిత్రం 3a లో చూపించినట్లు విచ్ఛిన్న ఎలక్ట్రాన్లను ఉత్పత్తించుకోవచ్చు. ఈ విధంగా ఉత్పత్తించబడిన ఎలక్ట్రాన్లు వాలెన్స్ బాండ్ నుండి కండక్షన్ బాండ్ వరకు ఎనర్జీ బారియర్ దాటి ప్రవహిస్తాయి (చిత్రం 2b). ఈ ప్రక్రియలో, ప్రతి ఎలక్ట్రాన్ వాలెన్స్ బాండ్లో ఒక హోల్ ఉంటుంది. ఈ విధంగా ఉత్పత్తించబడిన ఎలక్ట్రాన్లు మరియు హోల్లను ఇన్‌ట్రిన్సిక్ చార్జ్ క్రియాకర్తలు అంటారు, వీటి ద్వారా ఇన్‌ట్రిన్సిక్ సెమికాండక్టర్ పదార్థం యొక్క ప్రవాహకతను వ్యక్తపరస్తుంది.

ఇన్‌ట్రిన్సిక్ సెమికాండక్టర్లు రూమ్ టెంపరేచర్ వద్ద ప్రవహించవచ్చు, కానీ వాటి ప్రవాహకత తక్కువ ఉంటుంది, కారణం చార్జ్ క్రియాకర్తలు తక్కువ. టెంపరేచర్ పెరిగినప్పుడు, ఎక్కువ కోవాలంట్ బాండ్లు తుప్పించుకోవచ్చు, అందువల్ల ఎక్కువ విచ్ఛిన్న ఎలక్ట్రాన్లను ఉత్పత్తించవచ్చు. ఈ ఎలక్ట్రాన్లు వాలెన్స్ బాండ్ నుండి కండక్షన్ బాండ్ వరకు ప్రవహిస్తాయి, ప్రవాహకతను పెంచుతాయి. ఇన్‌ట్రిన్సిక్ సెమికాండక్టర్లో ఎలక్ట్రాన్ల సంఖ్య (ni) హోల్ల సంఖ్య (pi)కి సమానం.

ఇంతలో ఒక ఇన్‌ట్రిన్సిక్ సెమికాండక్టర్ పై ఒక ఎలక్ట్రిక్ ఫీల్డ్ అప్లై చేయబడినప్పుడు, ఎలక్ట్రాన్-హోల్ జతలను దాని ప్రభావం వలన ద్రవించవచ్చు. ఈ సందర్భంలో, ఎలక్ట్రాన్లు అప్లై చేయబడిన ఫీల్డ్ యొక్క వ్యతిరేక దిశలో మరియు హోల్లు ఎలక్ట్రిక్ ఫీల్డ్ యొక్క దిశలో ప్రవహిస్తాయి (చిత్రం 3b). ఇది ఎలక్ట్రాన్లు మరియు హోల్లు ప్రవహించే దిశలు పరస్పర వ్యతిరేకంగా ఉన్నాయి. ఇది కారణం, ఒక పరమాణువు యొక్క ఎలక్ట్రాన్ ఉదాహరణకు ఎడమ వైపు ప్రవహించినప్పుడు, ఆ హోల్ యొక్క స్థానంలో ఆ పరమాణువు యొక్క ఎలక్ట్రాన్ ప్రవహిస్తుంది. కానీ ఇది చేయుటకు వాటి స్థానంలో మరొక హోల్ ఉంటుంది. ఇది హోల్లు ప్రవహించే దిశలో సెమికాండక్టర్ పదార్థంలో ప్రవహిస్తుంది. ఈ రెండు ప్రవహనాలు, పరస్పర వ్యతిరేకంగా ఉన్నాయి, కానీ అవి సెమికాండక్టర్ ద్వారా మొత్తం ప్రవాహను ఫలితంగా చేస్తాయి.

గణితశాస్త్రంగా ఇన్‌ట్రిన్సిక్ సెమికాండక్టర్లో చార్జ్ క్రియాకర్తల సంఖ్యలను ఈ విధంగా ఇస్తారు

ఇక్కడ,

N c అనేది కండక్షన్ బాండ్లో ప్రభావ కారణాల సంఖ్యలు.

Nv అనేది వాలెన్స్ బాండ్లో ప్రభావ కారణాల సంఖ్యలు.

అనేది బోల్ట్జ్మన్ కన్స్టాంట్.

T అనేది టెంపరేచర్.

EF అనేది ఫెర్మి ఎనర్జీ.

Ev అనేది వాలెన్స్ బాండ్ లెవల్.

Ec అనేది కండక్షన్ బాండ్ లెవల్.

అనేది ప్లాంక్ కన్స్టాంట్.

mh అనేది హోల్ యొక్క ప్రభావ వెయిట్.

me అనేది ఎలక్ట్రాన్ యొక్క ప్రభావ వెయిట్.