இந்திரிசு சிலிகான் மற்றும் எக்ஸ்டிரினிஸிக் சிலிகான் என்பது என்ன?

இந்திரின் சிலிகானும் வெளிப்புற சிலிகானும் என்றால் என்ன?

இந்திரின் சிலிகான்

சிலிகான் ஒரு முக்கியமான அரைவடிவிய உருப்பொருள். சிலிகான் ஒரு குழு IV உருப்பொருள். அதன் வெளிப்புற குறையில் நான்கு வலுவான இlektrons உள்ளது, இவை நான்கு அண்டமாக உள்ள சிலிகான் அணுக்களின் வலுவான இlektrons உடன் covalent பிணைப்புகள் மூலம் உற்பத்தி செய்யப்படுகின்றன. இவை இlektricity க்கு உபயோகிக்கப்படாதவை. எனவே, OoK இல் இந்திரின் சிலிகான் ஒரு insulator போன்று செயல்படுகிறது. வெப்பம் உயரும்போது, சில வலுவான இlektrons அதன் covalent பிணைப்புகளை வெப்ப ஆற்றல் மூலம் உறங்குகின்றன. இது ஒரு வெறுமையை உருவாக்குகிறது, இது அந்த இlektron இருந்த இடத்தில் hole என்று அழைக்கப்படுகிறது. மறுபடியும், 0oK ஐ விட அதிகமான எந்த வெப்பத்திலும் சிலிகான் உருவத்தில் சில வலுவான இlektrons தீவிர ஆற்றல் மூலம் valance band இலிருந்து conduction band க்கு உயர்வதன் மூலம் ஒரு hole ஐ விட்டுச்செல்வது. இந்த ஆற்றல் 1.2 eV ஆகும், இது room temperature (300oK) இல் சிலிகானின் band gap energy ஆகும்.

இந்திரின் சிலிகான் கிரிஸ்டலில், holes எண்ணிக்கை free இlektrons எண்ணிக்கைக்கு சமமாக இருக்கும். ஒவ்வொரு இlektron இlk இந்த covalent பிணைப்பை விட்டுச்சென்றால், அது broken பிணைப்பில் ஒரு hole ஐ உருவாக்கும். ஒரு தீவிர வெப்பத்தில், புதிய இlektron-hole pairs தீவிர ஆற்றல் மூலம் தொடர்ந்து உருவாக்கப்படுகின்றன, அதே எண்ணிக்கையில் pairs மறுசேரும். எனவே, ஒரு தீவிர வெப்பத்தில், ஒரு தேர்ந்த கன அளவில் இந்திரின் சிலிகானில் இlektron-hole pairs எண்ணிக்கை ஒரே தீவிரமாக இருக்கும். இது equilibrium condition ஆகும். எனவே, equilibrium condition இல், free இlektrons concentration n மற்றும் holes concentration p இரண்டும் ஒருவருக்கொருவர் சமமாக இருக்கும், இது intrinsic charge carrier concentration(ni) ஆகும். i.e, n = p = ni. அணு அமைப்பு கீழே காட்டப்பட்டுள்ளது.

0oK இல் இந்திரின் சிலிகான்

room temperature இல் இந்திரின் சிலிகான்

வெளிப்புற சிலிகான்

இந்திரின் சிலிகான் controlled amount of dopants மூலம் doped செய்யப்படும்போது வெளிப்புற சிலிகானாக மாறும். group V elements (donor atom) மூலம் doped செய்யப்படும்போது n-type semiconductor ஆகவும், group III elements (acceptor atoms) மூலம் doped செய்யப்படும்போது p-type semiconductor ஆகவும் மாறும்.

ஒரு சிறிய அளவில் group V element இந்திரின் சிலிகான் கிரிஸ்டலில் சேர்க்கப்படுகிறது. group V elements என்பவை phosphorus (P), arsenic (As), antimony (Sb) மற்றும் bismuth (Bi). இவை ஐந்து வலுவான இlektrons உள்ளன. இவை Si atom ஐ விட்டுச்சென்றால், நான்கு வலுவான இlektrons அண்டமாக உள்ள அணுக்களுடன் covalent பிணைப்புகள் செய்யும், ஐந்தாவது இlektron இந்த covalent பிணைப்புகளை உருவாக்காது, இது இலகுவாக parent atom இலிருந்து விடும். இந்த நோக்கத்திற்கு தேவையான ஆற்றல் 0.05 eV ஆகும். இந்த வகை impurity donor என்று அழைக்கப்படுகிறது, ஏனெனில் இது சிலிகான் கிரிஸ்டலுக்கு free இlektrons ஐ உருவாக்குகிறது. இந்த சிலிகான் n- type அல்லது negative type silicon என்று அழைக்கப்படுகிறது, ஏனெனில் இlektrons எதிர்மறையாக செயல்படுகின்றன.

Fermi Energy Level n-type silicon இல் conduction band க்கு அருகாமையில் இருக்கும். இங்கு free இlektrons எண்ணிக்கை intrinsic concentration ஐ விட அதிகமாக இருக்கும். மறுபடியும், holes எண்ணிக்கை intrinsic hole concentration ஐ விட குறைவாக இருக்கும், ஏனெனில் free இlektrons எண்ணிக்கை அதிகமாக இருப்பதால் recombination அதிக வாய்ப்பு உள்ளது. இlektrons majority charge carriers ஆகும்.

Pentavalent Impurity உடன் வெளிப்புற சிலிகான்

ஒரு சிறிய அளவில் group III elements இந்திரின் semiconductor crystal இல் சேர்க்கப்படும்போது, இவை silicon atom ஐ விட்டுச்செல்வது, group III elements like AI, B, IN மூன்று வலுவான இlektrons உள்ளன. இவை அண்டமாக உள்ள அணுக்களுடன் covalent பிணைப்புகள் செய்து hole ஐ உருவாக்குகின்றன. இவை acceptors என்று அழைக்கப்படுகின்றன. இந்த semiconductor p-type semiconductor என்று அழைக்கப்படுகிறது, ஏனெனில் hole எதிர்மறையாக செயல்படுகின்றது.

Trivalent Impurity உடன் வெளிப்புற சிலிகான்

Fermi energy level p-type semiconductors இல் valence band க்கு அருகாமையில் இருக்கும். holes எண்ணிக்கை அதிகமாகும், இlektrons எண்ணிக்கை இந்திரின் சிலிகானில் இருந்து குறைவாகும். p-type semiconductors இல், holes majority charge carriers ஆகும்.

சிலிகானின் Intrinsic Carrier Concentration

இlektron thermal excitation மூலம் valence band இலிருந்து conduction band க்கு உயரும்போது, free carriers இரு bands இலும் உருவாகும், இlektron conduction band இலும், hole valence band இலும். இந்த carriers எண்ணிக்கை intrinsic carrier concentration என்று அழைக்கப்படுகிறது. practically pure அல்லது இந்திரின் சிலிகான் கிரிஸ்டலில் holes (p) மற்றும் இlektrons (n) இரண்டும் ஒருவருக்கொருவர் சமமாக இருக்கும், மற்றும் இவை intrinsic carrier concentration ni க்கு சமமாக இருக்கும். எனவே, n = p = ni

இந்த carriers எண்ணிக்கை band gap energy அல்லது மேலே தொடர்புடையது. சிலிகானுக்கு band gap energy 1.2 eV, 298oK இல் intrinsic carrier concentration வெப்பம் உயரும்போது அதிகரிக்கும். சிலிகானில் intrinsic carriers concentration கீழே கொடுக்கப்பட்டுள்ளது,

இங்கு, T = absolute scale இல் வெப்பம்

intrinsic carrier concentration 300oK இல் 1.01 × 1010 cm-3. ஆனால் முந்தைய ஏற்றுக்கொள்ளப்பட்ட மதிப்பு 1.5 × 1010 cm-3.