Unsa ang Intrinsic Silicon ug Extrinsic Silicon?

Ano ang Intrinsic Silicon ug Extrinsic Silicon?

Intrinsic Silicon

Ang silicon usa ka importante nga elemento sa semiconductor. Ang silicon usa ka materyales sa grupo IV. Sa iyang outer orbit, adunay apat ka valence electrons nga gipangandam pinaagi sa covalent bonds sa valence electrons sa apat ka adjacent silicon atoms. Kini nga mga valence electrons wala makapabilin para sa electricity. Busa, sa OoK, ang intrinsic silicon mogulom isip insulator. Sa pagtaas sa temperatura, pipila ka valence electrons mubag-o sa ilang covalent bonds tungod sa thermal energy. Kini nagbuhat og vacancy, nailhan isip hole, diin ang electron nagsugyot. Sa uban paagi, sa bisan unsang temperatura dako pa kaysa 0oK, pipila ka valence electrons sa semiconductor crystal nakakuhit sa sapat nga energy aron molihok sa conduction band gikan sa valance band ug magbiya sa hole sa valence band. Kini nga energy mas mahitungod sa 1.2 eV sa room temperature (i.e. sa 300oK) nga parehas sa band gap energy sa silicon.

Sa intrinsic silicon crystal, ang bilang sa holes sama sa bilang sa free electrons. Tungod kay bawg elektron nga mobiya sa covalent bond mopanghatag og hole sa broken bond. Sa isang partikular nga temperatura, bag-ong electron-hole pairs continuous na gibuo pinaagi sa thermal energy, samantalang equal number of pairs recombine. Busa, sa isang partikular nga temperatura sa isang tiyak nga volume sa insintric silicon, ang bilang sa electron-hole pairs sama ra. Kini usa ka equilibrium condition. Busa, obvious nga sa equilibrium condition, ang concentration sa free electrons n ug ang concentration sa holes p sama sa kada duha, ug kini wala lang ni isip intrinsic charge carrier concentration (ni). i.e., n = p = ni. Ang atomic structure gipahibalo sa ubos.

Intrinsic Silicon sa 0oK

Intrinsic Silicon sa Room Temperature

Extrinsic Silicon

Ang intrinsic silicon mahimong ma-turn in to extrinsic silicon kon gi-dope pinaagi sa controlled amount of dopants. Kon gi-dope pinaagi sa donor atom (grupo V elements) it becomes n-type semiconductor ug kon gi-dope pinaagi sa acceptor atoms (grupo III elements) it becomes p-type semiconductor.

Pagkuha og gamay nga bahin sa grupo V element isip adunay intrinsic silicon crystal. Ang mga examples sa grupo V elements mao ang phosphorus (P), arsenic (As), antimony (Sb) ug bismuth (Bi). Sila adunay lima ka valence electrons. Kon sila moguli sa Si atom, ang upat ka valence electrons mogumubo sa covalent bonds sa neighboring atoms ug ang ikalima nga elektron nga wala makabilin sa pag-form sa covalent bond loosely attached sa parent atom ug makapabilin sa atom isip free electron. Ang energy necessary para sa silicon this purpose that is for releasing that fifth electron is about 0.05 eV. Kini nga tipo sa impurity nailhan isip donor tungod kay kini mopanghatag og free electrons sa silicon crystal. Ang silicon nailhan isip n- type o negative type silicon tungod kay ang electrons adunay negatibong charge.

Ang Fermi Energy Level moguli sa conduction band sa n-type silicon. Ania ang bilang sa free electrons increased over intrinsic concentration of electrons. Sa uban paagi, ang bilang sa holes decreased over intrinsic hole concentration tungod kay adunay daghang probability of recombination tungod sa larger number of free electrons concentration. Ang electrons mao ang majority charge carriers.

Extrinsic Silicon with Pentavalent Impurity

Kon gamay nga bahin sa grupo III elements gipangandam sa intrinsic semiconductor crystal, sila moguli sa silicon atom, grupo III elements like AI, B, IN adunay tulo ka valence electrons. Kini nga tulo ka electrons mogumubo sa covalent bonds sa neighboring atoms creating a hole. Kini nga tipo sa impurity atoms nailhan isip acceptors. Ang semiconductor nailhan isip p-type semiconductor tungod kay ang hole assumed nga positively charged.

Extrinsic Silicon with Trivalent Impurity

Ang Fermi energy level sa p-type semiconductors moguli sa valence band. Ang bilang sa holes increases, samantalang ang bilang sa electrons decreases compared to intrinsic silicon. Sa p-type semiconductors, ang holes mao ang majority charge carriers.

Intrinsic Carrier Concentration of Silicon

Kon ang electron molihok gikan sa valence band sa conduction band tungod sa thermal excitation, free carriers created sa both bands that are electron sa conduction band ug hole sa valence band. Ang concentration sa kini nga carriers nailhan isip intrinsic carrier concentration. Practically sa pure or intrinsic silicon crystal, ang bilang sa holes (p) ug electrons (n) sama sa kada duha, ug sama sila sa intrinsic carrier concentration ni. Busa, n = p = ni

Ang bilang sa kini nga carriers depende sa band gap energy. Para sa silicon, ang band gap energy 1.2 eV sa 298oK, ang intrinsic carrier concentration sa silicon increases sa pagtaas sa temperatura. Ang intrinsic carriers concentration sa silicon given by,

Ania, T = temperatura sa absolute scale

Ang intrinsic carrier concentration sa 300oK 1.01 × 1010 cm-3. Apan ang previously accepted value 1.5 × 1010 cm-3.