Apakah Silicon Intrinsik dan Silicon Ekstrinsik

Apakah Silikon Intrinsik dan Silikon Ekstrinsik?

Silikon Intrinsik

Silikon adalah unsur semikonduktor yang penting. Silikon adalah bahan kumpulan IV. Dalam orbit luarannya, ia mempunyai empat elektron valen yang dipegang oleh ikatan kovalen dengan elektron valen empat atom silikon bersebelahan. Elektron valen ini tidak tersedia untuk aliran elektrik. Jadi, pada OoK, silikon intrinsik bertindak seperti insulator. Apabila suhu meningkat, beberapa elektron valen memutuskan ikatan kovalen mereka disebabkan tenaga termal. Ini mencipta kekosongan, dikenali sebagai lubang, di mana elektron itu berada. Dengan kata lain, pada sebarang suhu yang lebih besar daripada 0oK, beberapa elektron valen dalam kristal semikonduktor mendapat tenaga yang cukup untuk melompat ke band konduksi dari band valen dan meninggalkan lubang di band valen. Tenaga ini kira-kira sama dengan 1.2 eV pada suhu bilik (i.e. pada 300oK) yang sama dengan tenaga jurang band silikon.

Dalam kristal silikon intrinsik, jumlah lubang adalah sama dengan jumlah elektron bebas. Kerana setiap elektron apabila meninggalkan ikatan kovalen menyumbang satu lubang dalam ikatan yang putus. Pada suhu tertentu, pasangan elektron-lubang baru terus-menerus dicipta oleh tenaga termal, sementara jumlah pasangan yang sama bersatu semula. Oleh itu, pada suhu tertentu dalam isi padu silikon intrinsik tertentu, jumlah pasangan elektron-lubang tetap sama. Ini adalah keadaan keseimbangan. Oleh itu, jelas bahawa dalam keadaan keseimbangan, kepekatan elektron bebas n dan kepekatan lubang p adalah sama antara satu sama lain, dan ini tidak lain hanyalah kepekatan pembawa muatan intrinsik (ni). i.e, n = p = ni. Struktur atom ditunjukkan di bawah.

Silikon Intrinsik pada 0oK

Silikon Intrinsik pada Suhu Bilik

Silikon Ekstrinsik

Silikon intrinsik boleh diubah menjadi silikon ekstrinsik apabila ia didop dengan jumlah dopan yang dikawal. Ia didop dengan atom donor (unsur kumpulan V) ia menjadi semikonduktor jenis n dan apabila ia didop dengan atom pengambil (unsur kumpulan III) ia menjadi semikonduktor jenis p.

Biarkan sejumlah kecil unsur kumpulan V ditambah kepada kristal silikon intrinsik. Contoh unsur kumpulan V adalah fosfor (P), arsenik (As), antimon (Sb) dan bismut (Bi). Mereka mempunyai lima elektron valen. Apabila mereka menggantikan atom Si, empat elektron valen membuat ikatan kovalen dengan atom-atom bersebelahan dan elektron kelima yang tidak terlibat dalam pembentukan ikatan kovalen melekat longgar pada atom induk dan boleh meninggalkan atom tersebut sebagai elektron bebas. Tenaga yang diperlukan untuk tujuan ini, iaitu untuk melepaskan elektron kelima tersebut adalah kira-kira 0.05 eV. Jenis impurities ini dipanggil donor kerana ia menyumbang elektron bebas kepada kristal silikon. Silikon ini dikenali sebagai silikon jenis n atau silikon negatif kerana elektron adalah zarah yang bercas negatif.

Tahap Tenaga Fermi bergerak lebih dekat ke band konduksi dalam silikon jenis n. Di sini, jumlah elektron bebas meningkat melebihi kepekatan elektron intrinsik. Di sisi lain, jumlah lubang berkurang melebihi kepekatan lubang intrinsik kerana ada lebih banyak kemungkinan rekomposisi disebabkan oleh kepekatan elektron bebas yang lebih tinggi. Elektron adalah pembawa muatan majoriti.

Silikon Ekstrinsik dengan Impurities Pentavalen

Jika sejumlah kecil unsur kumpulan III ditambah kepada kristal semikonduktor intrinsik, maka mereka menggantikan atom silikon, unsur kumpulan III seperti AI, B, IN mempunyai tiga elektron valen. Tiga elektron ini membuat ikatan kovalen dengan atom-atom bersebelahan dan mencipta lubang. Jenis atom impurities ini dikenali sebagai pengambil. Semikonduktor ini dikenali sebagai semikonduktor jenis p kerana lubang dianggap bercas positif.

Silikon Ekstrinsik dengan Impurities Trivalen

Tahap Tenaga Fermi dalam semikonduktor jenis p bergerak lebih dekat ke band valen. Jumlah lubang bertambah, manakala jumlah elektron berkurang berbanding silikon intrinsik. Dalam semikonduktor jenis p, lubang adalah pembawa muatan majoriti.

Kepekatan Pembawa Muatan Intrinsik Silikon

Apabila elektron melompat dari band valen ke band konduksi disebabkan oleh rangsangan termal, pembawa muatan bebas dicipta di kedua-dua band, iaitu elektron di band konduksi dan lubang di band valen. Kepekatan pembawa muatan ini dikenali sebagai kepekatan pembawa muatan intrinsik. Secara praktikal, dalam kristal silikon murni atau intrinsik, jumlah lubang (p) dan elektron (n) adalah sama antara satu sama lain, dan mereka sama dengan kepekatan pembawa muatan intrinsik ni. Oleh itu, n = p = ni

Jumlah pembawa muatan ini bergantung pada tenaga jurang band. Untuk silikon, tenaga jurang band adalah 1.2 eV pada 298oK, kepekatan pembawa muatan intrinsik dalam silikon meningkat dengan peningkatan suhu. Kepekatan pembawa muatan intrinsik dalam silikon diberikan oleh,

Di sini, T = suhu dalam skala mutlak

Kepekatan pembawa muatan intrinsik pada 300oK adalah 1.01 × 1010 cm-3. Tetapi nilai yang diterima sebelumnya adalah 1.5 × 1010 cm-3.