Zer dira Intrinsic Silicon eta Extrinsic Silicon?

Zer da Intrinsic Silicon eta Extrinsic Silicon?

Intrinsic Silicon

Silizioa elektrizitatearen konduktore garrantzitsuenetako bat da. Silizioa IV taldeko materiala da. Bere azken orbitan, lau elektron balente ditu, hauen artean kovalente bidez lotuta dagoeneko silizio atomo lau horien elektron balenteei esker. Elektron balenteei elektrizitatea emateko ez dira eskuragarriak. Beraz, OoK-n, intrinsic silizioak insuladorea bezala jarduten du. Tenperatura handitzean, zenbait elektron balente tenperaturako energia termikoengatik bere lotura kovalenteak zeharkatzen ditu. Honek irabazi egiten duen tokirik, elektron hori zegoen lekuan, orduan sortzen den huekotza bat da. Beste era batera esanda, 0oK baino handiagoa den edozein tenperaturatan, kristal semikonduktorretako zenbait elektron balente energiarik beharrezkoa lortzen dute valentzia-banda eta konduktore-banda artean mugitu ahal izateko, eta huekotza bat utzi behar duten valentzia-bandan. Energiak hurbileko 1.2 eV da ohiko tenperaturan (hau da, 300oK-n), silizioko banda-zuriune-energia berdina baita.

Intrinsic silizio kristalean, huekotza kopurua elektron librea kopuruarekin bat dator. Elektron bakoitzak kovalente-lotura utzi ondoren huekotza bat sortzen duelako. Tenperatura jakin batean, tenperatura energia termikoaren bidez elektron-huekotza pare berriak jarraituz sortzen dira, eta pare kopuru bera birgertzen dira. Beraz, tenperatura jakin batean eta bolumen jakin batean, intrinsic silizioko elektron-huekotza pare kopurua mantentzen da. Hau egoera orekatua da. Beraz, orekatuan, elektron libreei dagokion kontzentrazioa n eta huekotza kontzentrazioa p berdinak dira, eta hau inoiz ere intrinsic kargu-kontzentrazioa (ni) besterik ez da. Hau da, n = p = ni. Atomo estruktura erakusten da behean.

0oK-n Intrinsic Silizioa

Ohiko Tenperaturan Intrinsic Silizioa

Extrinsic Silizioa

Intrinsic silizioa extrinsic silizio bihurtu daiteke kontrolatutako doantza kopuruarekin dotatuta. Donor atomoekin (V taldeko elementuekin) dotatuta n-tipo semikonduktore bihurtzen da, eta acceptor atomoekin (III taldeko elementuekin) dotatuta p-tipo semikonduktore bihurtzen da.

Adibidez, V taldeko elementu gutxi bat gehitu zaie intrinsic silizio kristalerantz. V taldeko elementuen adibideak fosforo (P), arseniko (As), antimonio (Sb) eta bismutio (Bi) dira. Bost elektron balente dituzte. Kristal silizioan Si atomo bat ordezkatzen dute, hiru elektron balenteei lotura kovalenteak egiten dituzte alderdi atomoekin, eta hamabi elektron, lotura kovalenteak sortzeko ez dutenean, askoz ahulkiro gorputzarantz lotuta dago, eta elektron askea bezala askoz erraz kanpo geratu dezake. Silizioari hainbat elektron asko eman ahal izateko beharrezko energia hurbileko 0.05 eV da. Impuretate mota honi donor deitzen zaio, elektron askeak kristal silizioari ematen dituelako. Silizioari n-tipo edo negatibo-tipo silizio deritzo, elektronak kargu negatiboa dituztelako.

n-tipo silizioan, Fermi Energiaren Maila konduktore-banda zerantz hobeto joaten da. Hemen, elektron aske kopurua elektron intrinsiko kopuruagatik handitzen da. Bestalde, huekotza kopurua intrinsiko huekotza kopuruagatik gutxitzen da, elektron aske kopuru handiagoa delako, hiriketa probabilitate handiagoa denez. Elektronak kargu nagusiak dira.

Pentavalente Doantza duen Extrinsic Silizioa

Kristal semikonduktor intrinsic bati III taldeko elementu gutxi bat gehitu zaie, orduan silizio atomo bat ordezkatzen du. AI, B, IN bezalako III taldeko elementuak hiru elektron balente dituzte. Hiru elektron horiek lotura kovalenteak egiten dituzte alderdi atomoekin huekotza bat sortzen duten bitartean. Impuretate atomo mota horiei acceptor deitzen zaie. Semikonduktoreari p-tipo semikonduktore deritzo, huekotza positiboki kargatuta hartzen delako.

Trivalente Doantza duen Extrinsic Silizioa

p-tipo semikonduktoretan, Fermi energiaren mailak valentzia-bandara zerantz hobeto joaten da. Huekotza kopurua handitzen da, eta elektron kopurua gutxitzen da intrinsic silizioarekin alderatuta. p-tipo semikonduktoretan, huekotzak kargu nagusiak dira.

Silizioaren Intrinsic Kargu-Kontzentrazioa

Elektron bat tenperatura termikoaren bidez valentzia-bandatik konduktore-bandara igotzen denean, bi bandetan kargu askeak sortzen dira, hau da, elektron konduktore-banda eta huekotza valentzia-bandan. Kargu hauei intrinsic kargu-kontzentrazioa deritzo. Praktikan, kristal silizio intrinsic edo puruan, huekotza (p) eta elektron (n) kopuruak berdinak dira, eta berdinak dira intrinsic kargu-kontzentrazioarekin, ni. Beraz, n = p = ni

Kargu hauei dagokion kopurua banda-zuriune-energiaren mende dago. Silizioaren banda-zuriune-energia 1.2 eV da 298oK-n, silizioaren intrinsic kargu-kontzentrazioa tenperatura handitzean handitzen da. Silizioaren intrinsic kargu-kontzentrazioa formula honen bidez ematen da,

Hemen, T = tenperatura eskala absolutuan

300oK-n intrinsic kargu-kontzentrazioa 1.01 × 1010 cm-3 da. Baina aurreneko balio onartua 1.5 × 1010 cm-3 zen.