Vipi ni Silicon Muhimili na Silicon Ghairi Muhimili?

Ni ni nini Intrinsic Silicon na Extrinsic Silicon?

Intrinsic Silicon

Silicon ni viwango muhimu vya semiconductors. Silicon ni chanzo cha kundi la IV. Katika mzunguko wake wa nje, ina electrons za valence tano ambazo zinakudhibitiwa na bonds za covalent na electrons za valence za silicon atoms watatu wanaokujumuisha. Electrons hizi hazikuwa tayari kwa umeme. Kwa hiyo, kwenye OoK, intrinsic silicon hutenda kama insulator. Waktu joto likawaida, baadhi ya electrons za valence huanguka kutoka kwenye bonds zao za covalent kwa sababu ya thermal energy. Hii hutoa uchunguzi, unachukua jina la hole, pale electron ilipo. Namba hiyo inamaanisha kuwa kwa chochote temperature chenye ukawaida zaidi ya 0oK, baadhi ya electrons za valence katika crystal ya semiconductor hupata nguvu zisizodai kutembelea band ya conduction kutoka band ya valance na kukubali hole katika band ya valence. Nguvu hii ni sawa na 1.2 eV kwenye temperature ya chumba (yaani, kwenye 300oK) ambayo ni sawa na band gap energy ya silicon.

Katika crystal ya intrinsic silicon, idadi ya holes ni sawa na idadi ya free electrons. Tangu kila electron wakati akatoka kwenye bond ya covalent anatoa hole katika bond iliyotumika. Kwenye temperature fulani, sambaza mpya za electron-hole zinaundwa mara kwa mara kwa nguvu ya thermal, wakati idadi sawa ya sambaza zinajifunga. Kwa hiyo, kwenye temperature fulani katika ukuta fulani wa intrinsic silicon, idadi ya sambaza za electron-hole huendelea kuwa sawa. Hii ni tofauti ya kimataifa. Kwa hiyo, ni rahisi kuelewa kwamba katika hali ya kimataifa, concentration ya free electrons n na concentration ya holes p ni sawa, na hii ni kitu tu ambacho ni intrinsic charge carrier concentration (ni). i.e, n = p = ni. Mfumo wa atomu unavyoonyeshwa chini.

Intrinsic Silicon kwenye 0oK

Intrinsic Silicon kwenye Temperature ya Chumba

Extrinsic Silicon

Intrinsic silicon inaweza kutengenezwa kwa extrinsic silicon wakati inatumika dopants ya kiwango kinachowezekana. Inatumika donor atom (vyanzo vya kundi V) itakuwa n-type semiconductor na wakati inatumika acceptor atoms (vyanzo vya kundi III) itakuwa p-type semiconductor.

Hebu tume kidogo cha vyanzo vya kundi V linatumika kwenye crystal ya intrinsic silicon. Misalio ya vyanzo vya kundi V ni phosphorus (P), arsenic (As), antimony (Sb) na bismuth (Bi). Wanayo electrons za valence tano. Wakati wanapopiga Si atom, electrons za valence tano hufanya bonds za covalent na neighbors atoms na electron tano ambaye haijashiriki kwenye kutengeneza bond ya covalent hupata mkono kidogo kutoka kwa mzazi wake na inaweza kusafiri rahisi kutoka kwa atomu kama free electron. Nguvu inayohitajika kwa silicon kwa ajili ya kuleta hii electron tano ni karibu 0.05 eV. Aina hii ya impurity inatafsiriwa kama donor kwa sababu inatoa free electrons kwenye crystal ya silicon. Silicon hii inatafsiriwa kama n- type au negative type silicon kwa sababu electrons zinazokuwa na charge hasi.

Fermi Energy Level huchofika karibu na band ya conduction kwenye n-type silicon. Hapa idadi ya free electrons imeongezeka zaidi kuliko intrinsic concentration ya electrons. Kulingana, idadi ya holes imepunguza kuliko intrinsic hole concentration kwa sababu kuna uwezekano mkubwa wa recombination kutokana na idadi mkubwa ya concentration ya free electrons. Electrons ni majority charge carriers.

Extrinsic Silicon na Pentavalent Impurity

Ikiwa kidogo cha vyanzo vya kundi III linatumika kwenye crystal ya intrinsic semiconductor, basi wanapopiga silicon atom, vyanzo vya kundi III kama AI, B, IN wanayo electrons za valence tatu. Electrons hizi tatu hufanya bonds za covalent na neighbors atoms kujenga hole. Aina hii ya impurity atoms inatafsiriwa kama acceptors. Semiconductor hii inatafsiriwa kama p-type semiconductor kwa sababu hole inatafsiriwa kama positive charge.

Extrinsic Silicon na Trivalent Impurity

Fermi energy level kwenye p-type semiconductors huchofika karibu na band ya valence. Idadi ya holes inongezeka, wakati idadi ya electrons inepunguza kulingana na intrinsic silicon. Kwenye p-type semiconductors, holes ni majority charge carriers.

Intrinsic Carrier Concentration ya Silicon

Wakati electron anasuka kutoka band ya valence hadi band ya conduction kwa sababu ya thermal excitation, free carriers huundwa katika bands mbili hizi ambazo ni electron katika band ya conduction na hole katika band ya valence. Concentration ya carriers hizi inatafsiriwa kama intrinsic carrier concentration. Kwa utaratibu, katika silicon crystal safi au intrinsic, idadi ya holes (p) na electrons (n) ni sawa, na ni sawa na intrinsic carrier concentration ni. Kwa hiyo, n = p = ni

Idadi ya carriers hizi inategemea band gap energy. Kwa silicon, band gap energy ni 1.2 eV kwenye 298oK, intrinsic carrier concentration katika silicon hongera kwenye ongezeko la temperature. Intrinsic carriers concentration katika silicon inatolewa kwa,

Hapa, T = temperature kwenye scale ya absolute

Intrinsic carrier concentration kwenye 300oK ni 1.01 × 1010 cm-3. Lakini thamani iliyopitishwa kabla ni 1.5 × 1010 cm-3.