İntrinsik Silis və Eksintrinsik Silis nədir?

İntrinsik Silis və Eksitrinsik Silis nədir?

İntrinsik Silis

Silis, bir yarıiletken maddedir. Silis, IV qrup elementidir. Dış orbitasında dörd valent elektronu var ki, bu elektronlar komşu dörd silis atomunun valent elektronlarıyla kovalent bağlarla bağlıdır. Bu valent elektronlar elektriğe uyğun değil. Bu səbəbdən, 0oK temperaturunda inqtrinsik silis izolyator kimi davranır. Temperatur artıqca, termal enerji səbəbindən bəzi valent elektronlar kovalent bağlarını kəsirlər. Bu, elektronun yerində boşluq yaradır, bu boşluq "delik" adlanır. Başqa bir deyishlə, sıfır oK-dan yüksək hər hansı bir temperaturda yarıiletken kristalda bəzi valent elektronlar yeterli enerji alaraq konduksiya bandına çatmaq üçün valent banddan atlayır və valent bandda bir delik buraxır. Bu enerji təxminən otaq temperaturunda (yəni 300oK) 1.2 eV-ə bərabərdir, bu da silisin band aralığına bərabərdir.

İntrinsik silis kristalında, deliklərin sayı azad elektronların sayına bərabərdir. Hər bir elektron kovalent bağını tərk etdikdə, tərk edilən bağda bir delik yaradılır. Belə bir temperaturda, yeni elektron-delik cütləri termal enerji ilə müntəzəm olaraq yaradılır, buna görə də eyni sayıda cütlər yenidən birləşir. Bu səbəbdən, belə bir temperaturda belə bir həcm inqtrinsik silisdə elektron-delik cütlərinin sayı sabit qalır. Bu, dengə halıdır. Bu səbəbdən, dengə halında, azad elektronların konsentrasiyası n və deliklərin konsentrasiyası p bir-birinə bərabərdir, bu isə inqtrinsik zərərlərin konsentrasiyasıdır (ni). Yəni, n = p = ni. Atom strukturu aşağıdakı kimi göstərilmişdir.

0oK-da İntrinsik Silis

Otaq Temperaturunda İntrinsik Silis

Eksitrinsik Silis

İntrinsik silis, kontrollü miktarda dopant ilə doyulduqda eksitrinsik silise çevrilir. Donor atomu (V qrup elementləri) ilə doyulduqda, n-tip yarıiletken olur, o cümlədən, akseptor atomları (III qrup elementləri) ilə doyulduqda, p-tip yarıiletken olur.

İntrinsik silis kristalına az miktarda V qrup elementi əlavə edilsin. V qrup elementlərinin nümunələri fosfor (P), arsenik (As), antimon (Sb) və bizmut (Bi) dir. Onların beş valent elektronu var. Onlar bir Si atomunu əvəz edəndə, dörd valent elektron komşu atomlarla kovalent bağlar qurur və beşinci elektron kovalent bağa iştirak etmir, anas atomla zayıf bağlıdır və asanlıqla azad elektron kimi ayrılır. Bu məqsəd üçün lazımi olan enerji, yəni beşinci elektronu buraxmaq üçün təxminən 0.05 eV-dir. Bu növ impuritet, silis kristalına azad elektronlar verdiyi üçün donor adlanır. Silis, elektronların mənfi yüklü parçacıklar olması səbəbindən n-tip və ya mənfi tip silis kimi tanınır.

Fermi enerji səviyyəsi, n-tip silisində konduksiya bandına daha yaxın gəlir. Burada, azad elektronların sayı intrinsik elektron konsentrasiyasından artırılır. Digər tərəfdən, azad elektronların böyük sayı səbəbindən rekompozisiya ehtimalı artırıldığından, deliklərin sayı intrinsik delik konsentrasiyasından azalır. Elektronlar, çoxsaylı yük nöqtələridir.

Beşvalent İmpuritetli Eksitrinsik Silis

İntrinsik yarıiletken kristalına az miktarda III qrup elementi əlavə edildikdə, onlar bir silis atomunu əvəz edir, AI, B, IN kimi III qrup elementlərinin üç valent elektronu var. Bu üç elektron komşu atomlarla kovalent bağlar qurarak bir delik yaradır. Bu növ impuritet atomları, akseptorlar kimi tanınır. Yarıiletken, delikin müsbət yüklü olduğunu düşünmək səbəbindən p-tip yarıiletken kimi tanınır.

Üçvalent İmpuritetli Eksitrinsik Silis

p-tip yarıiletkenlərdə Fermi enerji səviyyəsi valent banda daha yaxın gəlir. Deliklərin sayı artarkən, elektronların sayı intrinsik silisə nisbətən azalır. p-tip yarıiletkenlərdə, deliklər çoxsaylı yük nöqtələridir.

Silisin İntrinsik Zərərlərin Konsentrasiyası

Termal aktivasiya səbəbindən bir elektron valent banddan konduksiya bandına keçdiyi zaman, hər iki bandda azad zərərlər yaradılır, yəni konduksiya bandında elektron və valent bandda delik. Bu zərərlərin konsentrasiyası, intrinsik zərərlərin konsentrasiyası kimi tanınır. Praktiki olaraq, saf və ya intrinsik silis kristalında, deliklərin (p) və elektronların (n) sayı bir-birinə bərabərdir və onlar intrinsik zərərlərin konsentrasiyasına (ni) bərabərdir. Bu səbəbdən, n = p = ni

Bu zərəllərin sayı, band aralığı enerjisindən asılıdır. Silis üçün, band aralığı enerjisi 298oK-da 1.2 eV-dır və temperatur artıqca intrinsik zərərlərin konsentrasiyası artır. Intrinsik zərərlərin konsentrasiyası silisində aşağıdakı kimi ifadə olunur,

Burada, T = mutlak ölçüsündə temperatur

300oK-da intrinsik zərərlərin konsentrasiyası 1.01 × 1010 cm-3-dir. Amma əvvəldə qəbul edilən qiymət 1.5 × 1010 cm-3 idi.