Kio estas Intrinsic Silicon kaj Extrinsic Silicon

Kio estas Intrinsic Silicon kaj Extrinsic Silicon?

Intrinsic Silicon

Silicio estas esenca elementa duonkondukilo. Silicio apartenas al grupo IV. En sia ekstera orbito, ĝi havas kvar valentajn elektronojn, kiuj estas tenataj per kovalentaj ligoj kun la valentaj elektronoj de kvar apudaj silicio-atoj. Ĉi tiuj valentaj elektronoj ne estas disponeblaj por elektrado. Do, je OoK, intrinsic silicon kondutas kiel izolilo. Kiam la temperaturo pligrandiĝas, iuj valentaj elektronoj rompas sian kovalentan ligon pro termika energio. Tio kreas malplenan spacon, konatan kiel foriro, kie estis la elektrono. Alivorte, je ĉiu temperaturo pli alta ol 0oK, iuj el la valentaj elektronoj en la duonkondukila kristalo akiras sufiĉan energion por salti al la konduktada bendo el la valenta bendo kaj lasi foriron en la valenta bendo. Ĉi tiu energio estas proksimume egala al 1.2 eV je ĉambrotemperaturo (t.e. je 300oK), kio egalas al la energidiferenco inter la bandoj de silicio.

En la intrinsic silicio-kristalo, la nombro de foriroj egalas al la nombro de libere elektronoj. Ĉar ĉiu elektrono, kiam ĝi lasas la kovalentan ligon, kontribuas foriron en la rompita ligilo. Je certa temperaturo, novaj elektrono-foriro-paroj estas kontinue kreitaj per termika energio, dum egala nombro da paroj rekombinas. Tial, je certa temperaturo en certa volumeno de intrinsic silicio, la nombro de elektrono-foriro-paroj restas sama. Tio estas ekvilibra stato. Do, estas klare ke en la ekvilibra stato, la koncentro de libere elektronoj n kaj la koncentro de foriroj p estas egalaj al unu la alian, kaj tio estas nenio alia ol la intrinsic ŝargportanta koncentro (ni). T.e., n = p = ni. La atoma strukturo estas montrita sube.

Intrinsic Silicon je 0oK

Intrinsic Silicon je Ĉambrotemperaturo

Extrinsic Silicon

Intrinsic silicio povas esti transformita en extrinsic silicio kiam ĝi estas dotita kun kontrolita kvanto de dopantoj. Se ĝi estas dotita kun donacata atomo (grupo V elementoj) ĝi fariĝas n-tipa duonkondukilo, kaj kiam ĝi estas dotita kun akceptataj atomoj (grupo III elementoj) ĝi fariĝas p-tipa duonkondukilo.

Se mallara kvanto de grupo V elemento estas aldonita al intrinsic silicio-kristalo. Ekzemploj de grupo V elementoj estas fosforo (P), arseniko (As), antimonio (Sb) kaj bizmuta (Bi). Ili havas kvin valentajn elektronojn. Kiam ili dislokigas Si-atomon, la kvar valentaj elektronoj faras kovalentajn ligojn kun najbaraj atomoj, kaj la kvina elektrono, kiu ne partoprenas en la formado de la kovalenta ligo, estas malforte ligita al la matro-atomon kaj povas facile forlasi la atomon kiel libera elektrono. La energio necesa por tio, t.e. por liberigi la kvinan elektronon, estas proksimume 0.05 eV. Tia impureco estas nomita donaca, ĉar ĝi kontribuas libere elektronojn al la silicio-kristalo. La silicio estas konata kiel n-tipo aŭ negativa tipo de silicio, ĉar la elektronoj estas negativaj ŝargpartikloj.

La nivelo de Fermi moviĝas pli proksime al la konduktada bendo en la n-tipa silicio. Ĉi tie la nombro de libere elektronoj pligrandiĝas super la intrinsic koncentro de elektronoj. Kontraŭe, la nombro de foriroj malpligrandiĝas super la intrinsic foriro-koncentro, ĉar estas pli granda probablo de rekombinado pro la pli granda nombro de libere elektronoj. Elektronoj estas la plej multaj ŝargportantoj.

Extrinsic Silicon kun Pentavalenta Impureco

Se mallara kvanto de grupo III elementoj estas aldonita al intrinsic duonkondukila kristalo, tiam ili dislokigas silicio-atomon, grupo III elementoj kiel AI, B, IN havas tri valentajn elektronojn. Ĉi tiuj tri elektronoj faras kovalentajn ligojn kun najbaraj atomoj krei foriron. Tiaj impurecaj atomoj estas konataj kiel akceptiloj. La duonkondukilo estas konata kiel p-tipa duonkondukilo, ĉar la foriro estas supozita esti pozitive ŝargita.

Extrinsic Silicon kun Trivalenta Impureco

La nivelo de Fermi en p-tipaj duonkondukiloj moviĝas pli proksime al la valenta bendo. La nombro de foriroj pligrandiĝas, dum la nombro de elektronoj malpligrandiĝas kompare al intrinsic silicio. En p-tipaj duonkondukiloj, foriroj estas la plej multaj ŝargportantoj.

Intrinsic Ŝargportanta Koncentro de Silicio

Kiam elektrono saltas de la valenta bendo al la konduktada bendo pro termika ekscitiĝo, libere ŝargportantoj estas kreitaj en ambaŭ bandoj, t.e. elektronoj en la konduktada bendo kaj foriroj en la valenta bendo. La koncentro de ĉi tiuj portantoj estas konata kiel intrinsic ŝargportanta koncentro. Praktike, en pura aŭ intrinsic silicio-kristalo, la nombro de foriroj (p) kaj elektronoj (n) estas egalaj al unu la alian, kaj ili estas egalaj al la intrinsic ŝargportanta koncentro ni. Do, n = p = ni

La nombro de ĉi tiuj portantoj dependas de la energidiferenco inter la bandoj. Por silicio, la energidiferenco inter la bandoj estas 1.2 eV je 298oK, la intrinsic ŝargportanta koncentro en silicio pligrandiĝas kun la pligrandiĝo de la temperaturo. La intrinsic ŝargportanta koncentro en silicio estas donita per,

Ĉi tie, T = temperaturo en absoluta skalo

La intrinsic ŝargportanta koncentro je 300oK estas 1.01 × 1010 cm-3. Sed la antaŭe akceptita valoro estas 1.5 × 1010 cm-3.