Што се интранзитни силациум и екстранзитни силациум

Што се интрасенсилен и екстразенсилен силициум?

Интрасенсилен силициум

Силициум е важен елемент-полупроводник. Силициум е материја од група IV. Во неговата највнешна орбита има четири валентни електрони кои се држат со ковалентни врски со валентните електрони на четири соседни атоми на силициум. Овие валентни електрони не се достапни за електричност. Така, при OoK интрасенсилен силициум се однесува како изолатор. Кога температурата се зголемува, некои валентни електрони прекинуваат своите ковалентни врски поради термална енергија. Ова создава празнина, позната како цев, каде што било електронот. Друго речено, при било која температура поголема од 0oK некои од валентните електрони во полупроводничкиот кристал добиваат доволно енергија да прескочат од валентна зона во проводна зона и остават цев во валентната зона. Оваа енергија е приближно 1,2 eV при собрена температура (т.е. при 300oK), што е еднакво на енергијата на јазот на силициум.

Во интрасенсилен кристал, бројот на цеви е еднаков на бројот на слободни електрони. Бидејќи секој електрон кога напушта ковалентната врска доприносува цев во прекинутата врска. При одредена температура, нови парови електрон-цев се непрекинато создаваат од термална енергија, додека еднаков број на парови се рекомбинираат. Значи, при одредена температура во одреден обем на интрасенсилен силициум, бројот на парови електрон-цев останува ист. Ова е равновесно состојба. Значи, очигледно е дека во равновесната состојба, концентрацијата на слободни електрони n и концентрацијата на цеви p се еднакви, и ова е ништо друго освен интрасенсна концентрација на носачи на поларитет (ni). т.е. n = p = ni. Атомската структура е прикажана подолу.

Интрасенсилен силициум при 0oK

Интрасенсилен силициум при собрена температура

Екстразенсилен силициум

Интрасенсилен силициум може да се претвори во екстразенсилен силициум кога се допира со контролирано количество допанти. Кога се допира со донација атом (елементи од група V) станува n-тип полупроводник, а кога се допира со акцептор атоми (елементи од група III) станува p-тип полупроводник.

Нека малку елемент од група V се додаде до интрасенсилен кристал на силициум. Примери за елементи од група V се фосфор (P), арсен (As), антимон (Sb) и бисмут (Bi). Тие имаат пет валентни електрони. Кога ги заменуваат Si атом, четирите валентни електрони формираат ковалентни врски со соседни атоми, а петтиот електрон, кој не учествува во формирањето на ковалентната врска, е слабо поврзан со родителскиот атом и лесно може да го напусне атомот како слободен електрон. Енергијата потребна за овој цел, т.е. за ослободување на тој петти електрон, изнесува околу 0,05 eV. Овој вид загрязнување се нарекува донација бидејќи доприносува слободни електрони до кристалот на силициум. Силициумот е познат како n-тип или негативен тип силициум затоа што електроните се негативно наелектрисани честички.

Нивото на Ферми се придвижува поблиску до проводната зона во n-тип силициум. Тук, бројот на слободни електрони се зголемува над интрасенсната концентрација на електрони. Од друга страна, бројот на цеви се намалува над интрасенсната концентрација на цеви бидејќи постои повеќе веројатност за рекомбинација поради големиот број на слободни електрони. Електроните се главни носачи на поларитет.

Екстразенсилен силициум со пентавалентен загрязнител

Ако малку елементи од група III се додаде до интрасенсилен полупроводнички кристал, тие го заменуваат атомот на силициум, елементи од група III како AI, B, IN имаат три валентни електрони. Овие три електрони формираат ковалентни врски со соседни атоми, создавајќи цев. Овие видови загрязнители се нарекуваат акцептори. Полупроводникот е познат како p-тип полупроводник бидејќи се претпоставува дека цевта е позитивно наелектрисана.

Екстразенсилен силициум со тривалентен загрязнител

Нивото на Ферми во p-тип полупроводници се придвижува поблиску до валентната зона. Бројот на цеви се зголемува, додека бројот на електрони се намалува споредно со интрасенсилен силициум. Во p-тип полупроводници, цевите се главни носачи на поларитет.

Интрасенска концентрација на носачи на поларитет во силициум

Кога електронот скочи од валентната зона во проводната зона поради термална ексцитација, слободни носачи се создаваат во двете зони, тоа е електрони во проводната зона и цеви во валентната зона. Концентрацијата на овие носачи се нарекува интрасенска концентрација на носачи. Практично, во чист или интрасенсилен кристал на силициум, бројот на цеви (p) и електрони (n) се еднакви, и тие се еднакви на интрасенсна концентрација ni. Значи, n = p = ni

Бројот на овие носачи зависи од енергијата на јазот. За силициум, енергијата на јазот изнесува 1,2 eV при 298oK, интрасенска концентрација на носачи во силициум се зголемува со зголемување на температурата. Интрасенска концентрација на носачи во силициум се дава со,

Тука, T = температура во апсолутна скала

Интрасенска концентрација на носачи при 300oK изнесува 1,01 × 1010 cm-3. Но претходно прифатената вредност е 1,5 × 1010 cm-3.