Hvað eru Intrinsic Silicon og Extrinsic Silicon

Hvað eru Intrinsic Silicon og Extrinsic Silicon?

Intrinsic Silicon

Silíci er mikilvægur hagnýttur víðbregðanlegur efni. Silíci er grúpa IV efni. Í ytri spennu hefur það fyrir fjóra valenselktrón sem eru bundin með sambindaböndum við valenselktrón á fjórum nánastu silíciumatómum. Þessi valenselktrón eru ekki til stafrænna notkunar. Svo, við 0oK fer silícium eins og ógeflandi efni. Þegar hitastig rísur, bresta sum af valenselktrónunum sambindabönd sín vegna hitakerfis. Þetta skapar tóma, sem er kend sem gáta, þar sem elkurinn var. Að öðru kosti, við allt hitastig sem er hærri en 0oK, fá sum af valenselktrónunum í víðbregðanlegu kristalli nokkurn orku til að hoppa frá valensbandi til leitnisbands og láta eftir gátu í valensbandinu. Þessi orka er um 1,2 eV við herbergistemperatur (þ.e. við 300oK) sem jafngildir bandgap orku silíciums.

Í intrinsic silíciumkristalli er fjöldi gátu jafn fjölda lausra elktra. Þar sem hver elkur sem lætur sambindaband sitt gerir gátu í brotinu bandi. Við ákveðið hitastig eru nýir elkur-gátu par stöðugt búin til af hitakerfi, en jafn margir par endurteknast. Svo við ákveðið hitastig í ákveðnu rúmmál intrinsic silíciums er fjöldi elkur-gátu par sama. Þetta er jafnvægisstaða. Þannig er klart að í jafnvægisstöðu er lausar elkur samfjöldi n og gátu samfjöldi p jöfnir hvorum annað, og þetta er engu annarri en intrinsic töfluferli (ni). Þ.e., n = p = ni. Atómstruktur er sýnd hér fyrir neðan.

Intrinsic Silicon við 0oK

Intrinsic Silicon við Herbergistemperatur

Extrinsic Silicon

Intrinsic silícium má breyta í extrinsic silícium þegar það er dæmt með stýrðu magni dopants. Þegar það er dæmt með gefanda atómi (grúpa V efni) verður það n-gerð víðbregðanlegt efni, og þegar það er dæmt með tekkjara atómum (grúpa III efni) verður það p-gerð víðbregðanlegt efni.

Ef litill mikið af grúpa V efni er bætt við intrinsic silíciumkristalli, þá eru dæmi um grúpa V efni fosfor (P), arsén (As), antimon (Sb) og bismút (Bi). Þau hafa fimm valenselktrón. Þegar þau slaka silíciumatóm, mynda fjórir valenselktrón sambindabönd við nánasta atóm og fimm elkurinn, sem ekki tekur þátt í sambindabundi, er löskt bundinn við foreldratóman og getur auðveldlega leyst sér úr atóminu sem laus elkur. Orkan sem skal til þessa ágangs, til að sleppa fimmtu elkur, er um 0,05 eV. Slíkt óhreint efni er kölluð gefandi vegna þess að það bætir við lausum elkru silíciumkristallinum. Silíciumið er kölluð n-gerð eða neikvæð gerð silícium vegna þess að elkrtarnir eru neikvæð ladda partiklar.

Fermi orkuviður fer nærmari leitnisbandinu í n-gerðu silícium. Hér er fjöldi lausa elkra aukinn yfir intrinsic samfjöldi elkra. Á hinu hliðinu, minnkast fjöldi gátu yfir intrinsic gátusamfjöldi vegna þess að það er meiri líkur á endurtekningu vegna stærri samfjölslausa elkra. Elkrtarnir eru flertals ladda partiklar.

Extrinsic Silicon með Pentavalent Impurity

Ef litill mikið af grúpa III efnum er bætt við intrinsic víðbregðanlegu kristalli, þá slaka þau silíciumatóm, grúpa III efni eins og AI, B, IN hafa þrjú valenselktrón. Þessi þrjú elkur mynda sambindabönd við nánasta atóm og skapa gátu. Slíkar óhreina atóm eru kölluð tekkjar. Víðbregðanlegið er kölluð p-gerð víðbregðanlegt efni vegna þess að gáturnar eru settar sem jákvæða ladda partiklar.

Extrinsic Silicon með Trivalent Impurity

Fermi orkuviður í p-gerðu víðbregðanlegu efni fer nærmari valensbandinu. Fjöldi gátu aukast, en fjöldi elkra minnkast í hlutfalli við intrinsic silícium. Í p-gerðu víðbregðanlegu efni eru gáturnar flertals ladda partiklar.

Intrinsic Carrier Concentration of Silicon

Þegar elkur hoppar frá valensbandi til leitnisbanda vegna hitakerfis, eru lausir bærar búin til í báðum bandum, elkur í leitnisbandi og gáta í valensbandi. Samfjöldi þessara bærara er kendur sem intrinsic töfluferli. Praktískt í hreinu eða intrinsic silíciumkristalli er fjöldi gátu (p) og elkur (n) jafn hvorum annað, og þeir eru jafn intrinsic töfluferlinu ni. Þannig, n = p = ni

Fjöldi þessara bærara fer eftir bandgap orku. Fyrir silícium, er bandgap orku 1,2 eV við 298oK, intrinsic töfluferli í silícium aukast með auknum hitastigi. Intrinsic töfluferli í silícium er gefið af,

Hér, T = hitastig á almennt skala

Intrinsic töfluferli við 300oK er 1,01 × 1010 cm-3. En áður samþykkt gildi var 1,5 × 1010 cm-3.