Wat is Intrinsic Silisium en Extrinsic Silisium?

Wat is Intrinsic Sylisium en Extrinsic Sylisium?

Intrinsic Sylisium

Sylisium is 'n belangrike element as halwegeer. Dit is 'n groep IV-materiaal. In sy buitebaan het dit vier valensielektrone wat deur kovalente bande met die valensielektrone van vier naasliggende sylisium-atome gehou word. Hierdie valensielektrone is nie beskikbaar vir elektrisiteit nie. So, by 0oK gedra intrinsieke sylisium soos 'n isolator. Wanneer die temperatuur styg, breek sommige valensielektrone hul kovalente bande as gevolg van termiese energie. Dit skep 'n vakansie, bekend as 'n gat, waar die elektron was. Met ander woorde, by enige temperatuur hoër as 0oK, kry sommige valensielektrone in die halwegeerkristal genoeg energie om van die valensieband na die geleidingsband te spring en 'n gat agter te laat in die valensieband. Hierdie energie is ongeveer gelyk aan 1,2 eV by kamertemperatuur (d.w.s. by 300oK), wat gelyk is aan die bandgap-energie van sylisium.

In die intrinsieke sylisiumkristal is die aantal gatte gelyk aan die aantal vrye elektrone. Aangesien elke elektron, wanneer dit die kovalente bind verlaat, 'n gat in die gebreekte bind skep. By 'n bepaalde temperatuur word nuwe elektron-gatpare kontinu deur termiese energie geskep, terwyl 'n gelyke aantal pare weer saamkom. Dus, by 'n spesifieke temperatuur in 'n bepaalde volume intrinsieke sylisium, bly die aantal elektron-gatpare dieselfde. Dit is 'n ewewigstoestand. Dus is dit duidelik dat in die ewewigstoestand, die vrye elektron-konsentrasie n en die gat-konsentrasie p gelyk is aan mekaar, en dit is niets anders as die intrinsieke ladingdragerkonsentrasie (ni). d.w.s., n = p = ni. Die atoomstruktuur word hieronder getoon.

Intrinsieke Sylisium by 0oK

Intrinsieke Sylisium by Kamertemperatuur

Extrinsieke Sylisium

Intrinsieke sylisium kan omgeset word na extrinsieke sylisium wanneer dit met 'n beheerde hoeveelheid dopant gedopeer word. As dit met donor-atome (groep V-elemente) gedopeer word, word dit 'n n-type halwegeer, en wanneer dit met akseptor-atome (groep III-elemente) gedopeer word, word dit 'n p-type halwegeer.

Laat 'n klein hoeveelheid groep V-element by 'n intrinsieke sylisiumkristal gevoeg word. Voorbeelde van groep V-elemente is fosfor (P), arseen (As), antimon (Sb) en bismut (Bi). Hulle het vyf valensielektrone. Wanneer hulle 'n Si-atoom vervang, maak die vier valensielektrone kovalente bande met naasliggende atome en die vyfde elektron, wat nie deelneem aan die vorming van die kovalente bind nie, is losliks aan die oueratoom gebind en kan maklik die atoom as 'n vry elektron verlaat. Die energie nodig vir sylisium vir hierdie doel, d.w.s. om daardie vyfde elektron te vrylê, is ongeveer 0,05 eV. Hierdie tipe onreinheid staan bekend as 'n donor, omdat dit vrye elektrone bydra tot die sylisiumkristal. Die sylisium staan bekend as n-tipe of negatiewe tipe sylisium, omdat die elektrone negatief gelaaide deeltjies is.

Die Fermi-energienivo beweeg nader aan die geleidingsband in n-tipe sylisium. Hier word die aantal vrye elektrone verhoog oor die intrinsieke konsentrasie van elektrone. Aan die ander kant, word die aantal gatte verlaag oor die intrinsieke gatkonsentrasie, omdat daar 'n groter kans op hervereniging is as gevolg van die grooter konsentrasie van vrye elektrone. Elektrone is meerderheidsladingdragers.

Extrinsieke Sylisium met Pentavalente Onreinheid

As 'n klein hoeveelheid groep III-elemente by 'n intrinsieke halwegeerkristal gevoeg word, dan vervang hulle 'n sylisium-atoom, groep III-elemente soos AI, B, IN het drie valensielektrone. Hierdie drie elektrone maak kovalente bande met naasliggende atome en skep 'n gat. Hierdie tipe onreinheid-atome staan bekend as akseptors. Die halwegeer staan bekend as p-type halwegeer, omdat die gat positief gelaaide aanvaar word.

Extrinsieke Sylisium met Trivalente Onreinheid

Die Fermi-energienivo in p-type halwegeers beweeg nader aan die valensieband. Die aantal gatte neem toe, terwyl die aantal elektrone afneem in vergelyking met intrinsieke sylisium. In p-type halwegeers is gatte die meerderheidsladingdragers.

Intrinsieke Ladingdragerkonsentrasie van Sylisium

Wanneer 'n elektron van die valensieband na die geleidingsband spring as gevolg van termiese opwinding, word vrye dragers geskep in albei bande, naamlik elektrone in die geleidingsband en gatte in die valensieband. Die konsentrasie van hierdie dragers staan bekend as die intrinsieke ladingdragerkonsentrasie. Prakties in puur of intrinsieke sylisiumkristal is die aantal gatte (p) en elektrone (n) gelyk aan mekaar, en hulle is gelyk aan die intrinsieke ladingdragerkonsentrasie ni. Dus, n = p = ni

Die aantal van hierdie dragers hang af van die bandgap-energie. Vir sylisium is die bandgap-energie 1,2 eV by 298oK. Die intrinsieke ladingdragerkonsentrasie in sylisium neem toe met die toename van temperatuur. Die intrinsieke ladingdragerkonsentrasie in sylisium word gegee deur,

Hier, T = temperatuur in absolute skaal

Die intrinsieke ladingdragerkonsentrasie by 300oK is 1,01 × 1010 cm-3. Maar die voorheenvolgende aanvaarde waarde is 1,5 × 1010 cm-3.