Quid sunt Silicon Intrinsicum et Silicon Extrinsicum

Quid sunt Silicon Intrinsicum et Silicon Extrinsicum?

Silicon Intrinsicum

Silicium est elementum semiconductivum vitale. Silicium est materialis gruppi IV. In orbita sua externa, quattuor electrona valentia habet, quae covalenter cum electronis valentibus quattuor atomorum silicii adjacentium coniunguntur. Haec electrona valentia non sunt ad electricitatem disponibilia. Itaque, ad 0oK, silicon intrinsicum sicut insulator se habet. Cum temperatura crescere incipit, aliquot electrona valentia, ob energiam thermicam, suos nexos covalentes rumpunt. Hoc vacuum, quod foramen dicitur, ubi electrum fuit, creare. Alio modo, ad omni temperatura maiore quam 0oK, aliquot electrona valentia in crystalli semiconductivi sufficientem energiam adipiscunt ut a banda valentia ad bandam conductionis transgredientur et foramen in banda valentia relinquunt. Haec energiam est circa 1.2 eV ad temperaturam ambientes (i.e. ad 300oK), quae aequat energiam inter bandas silicii.

In crystalli silicii intrinsicis, numerus foraminum aequat numerum electronorum liberiorum. Quoniam unumquodque electrum, quando nexus covalens deserit, foramen in nexu rupto contribuit. Ad certa temperatura, nova paria electronorum-foraminum continuo a energia thermica creantur, dum numerus aequalis parium recombinit. Itaque, ad certa temperatura in certo volumine silicii intrinsicis, numerus parium electronorum-foraminum idem manet. Hoc est conditio aequilibrii. Hinc, in conditio aequilibrii, concentratio electronorum liberiorum n et concentratio foraminum p aequalis alteri sunt, et hoc nihil aliud est quam concentratio portatorum chargii intrinsicorum (ni). i.e., n = p = ni. Structura atomica ostenditur infra.

Silicon Intrinsicum ad 0oK

Silicon Intrinsicum ad Temperatura Ambientes

Silicon Extrinsicum

Silicium intrinsecum in extrinsecum mutari potest, cum dobatis quantitate controlata dopetur. Si cum atomo donatore (elementis gruppi V) dopatur, semiconductorem n-typum fit, et si cum atomo acceptore (elementis gruppi III) dopatur, semiconductorem p-typum fit.

Sit modicum elementi gruppi V additum ad crystallum silicii intrinseci. Exempla elementorum gruppi V sunt phosphorus (P), arsenicum (As), antimonium (Sb) et bismuthum (Bi). Habent quinque electrona valentia. Quando locum atomi Si occupant, quattuor electrona valentia faciunt nexos covalentes cum atomis vicinis, et quintum electrum, quod non participat in formando nexum covalentem, laxe ad parentem atomum adhaeret et facile ab eo discedere potest ut electrum liberum. Energia necessaria ad hunc finem, videlicet ad quintum electrum liberandum, est circa 0.05 eV. Huiusmodi impuritas nomine donator cognoscitur, quia electrona libera silicio crystallo contribuit. Silicium vocatur n-typum vel negativum, quia electrona particulae sunt negative chargeatae.

Nivelem Energiarum Fermi propius ad bandam conductionis movetur in silicio n-typo. Ibi numerus electronorum liberorum superat concentrationem intrinsecam electronorum. Porro, numerus foraminum infra concentrationem intrinsecam foraminum decrescit, quia maior probabilitas recombinationis est propter maiorem concentrationem electronorum liberorum. Electrona sunt portatores chargii majoritarii.

Silicon Extrinsicum cum Impuritate Pentavalenti

Si modicum elementi gruppi III additur ad crystallum semiconductivum intrinsecum, tunc locum atomi silicii occupant, elementa gruppi III sicut AI, B, IN tria electrona valentia habent. Haec tria electrona faciunt nexos covalentes cum atomis vicinis, foramen creantes. Huiusmodi atomi impuritatis nomine acceptores cognoscuntur. Semiconductorem vocatur p-typum, quia foramen ut positive chargeatum creditur.

Silicon Extrinsicum cum Impuritate Trivalenti

Nivelem Energiarum Fermi in semiconductore p-typo propius ad bandam valentiam movetur. Numerus foraminum crescit, dum numerus electronorum comparatus ad silicium intrinsecum decrescit. In semiconductore p-typo, foramina sunt portatores chargii majoritarii.

Concentratio Portatorum Intrinsecorum Silicii

Cum electrum ex banda valentia ad bandam conductionis saltat ob excitationem thermicam, portatores liberi in utraque banda creantur, scilicet electrum in banda conductionis et foramen in banda valentia. Concentratio harum portatorum nominatur concentrio portatorum intrinsecorum. Practice in silicio purum vel intrinseco, numerus foraminum (p) et electronorum (n) aequalis alteri est, et aequalis est concentrationi portatorum intrinsecorum ni. Ergo, n = p = ni

Numerus harum portatorum dependet a energia inter bandas. Pro silicio, energia inter bandas est 1.2 eV ad 298oK, et concentrio portatorum intrinsecorum in silicio crescere incipit cum incremento temperature. Concentratio portatorum intrinsecorum in silicio datur per,

Hic, T = temperatura in scala absoluta

Concentratio portatorum intrinsecorum ad 300oK est 1.01 × 1010 cm-3. Sed valor acceptatus prius est 1.5 × 1010 cm-3.