Intrinsic Silicon ve Extrinsic Silicon nedir

Intrinsic ve Extrinsic Silisyum Nedir?

Intrinsic Silisyum

Silisyum, bir yarıiletken malzeme olan önemli bir elementtir. Silisyum, dördüncü grupta yer alır. Dış orbitalinde, komşu dört silisyum atomunun dış elektronlarıyla kovalent bağlarla tutulan dört valans elektronu vardır. Bu valans elektronları elektrik için kullanılabilir değildir. Yani, OoK'da intrinsic silisyum bir yalıtkan gibi davranır. Sıcaklık yükseldiğinde, bazı valans elektronları termal enerji nedeniyle kovalent bağlarını koparır. Bu, elektronun olduğu yerde bir boşluk yaratır, bu boşluğa delik denir. Başka bir deyişle, sıfır derece Kelvin'den yüksek herhangi bir sıcaklıkta, yarıiletken kristalinin bazı valans elektronları, valans bandından iletim bandına yeterli enerji kazanarak atlayabilir ve valans bandında bir delik bırakır. Bu enerji, oda sıcaklığında (yani 300oK'da) yaklaşık 1.2 eV'ye eşittir, bu da silisyumun band boşluğu enerjisine eşittir.

Intrinsic silisyum kristalinde, deliklerin sayısı serbest elektronların sayısına eşittir. Her elektron, kovalent bağını bıraktığında, kopmuş bağda bir delik oluşturur. Belli bir sıcaklıkta, termal enerji sürekli yeni elektron-delik çiftleri oluştururken, aynı sayıda çift yeniden birleşir. Bu nedenle, belirli bir sıcaklıkta belirli bir hacimde intrinsic silisyumda elektron-delik çiftlerinin sayısı aynı kalır. Bu, bir denge durumudur. Bu nedenle, denge durumunda, serbest elektron yoğunluğu n ve delik yoğunluğu p birbirine eşit olur ve bu, başka bir ifadeyle intrinsic yük taşıyıcı yoğunluğu(ni)'dir. yani, n = p = ni. Aşağıda atomik yapı gösterilmiştir.

Sıfır Derece Kelvin'de Intrinsic Silisyum

Oda Sıcaklığında Intrinsic Silisyum

Extrinsic Silisyum

Intrinsic silisyum, kontrollü miktarda dozant eklenerek extrinsic silisyuma dönüştürülebilir. Dozant olarak verici atom (beşinci grup elementleri) kullanıldığında n-tipi yarıiletken, kabul edici atom (üçüncü grup elementleri) kullanıldığında ise p-tipi yarıiletken olur.

Biraz beşinci grup elementi, intrinsic silisyum kristaline eklenirse. Beşinci grup elementlerinin örnekleri fosfor (P), arsenik (As), antimon (Sb) ve bizmut (Bi)’dir. Onların beş valans elektronu vardır. Bir Si atomunu yerleştirince, dört valans elektronu komşu atomlarla kovalent bağ yaparken, beşinci elektron kovalent bağa katılmadan, ana atoma zayıf bağlı kalır ve kolayca serbest elektron olarak atılabilir. Bu amaçla gerekli olan enerji, yani beşinci elektronun serbest bırakılması için gereken enerji yaklaşık 0.05 eV'dir. Bu tür bir dozanta, silisyum kristaline serbest elektron katkıda bulunması nedeniyle verici denir. Elektronlar negatif yüklü parçacıklar olduğundan, silisyum n-tipi veya negatif tipe sahip olur.

n-tipi silisyumda, Fermi Enerji Seviyesi iletim bandına daha yakın hale gelir. Burada, serbest elektronların sayısı, intrinsic elektron yoğunluğundan artar. Diğer yandan, daha fazla serbest elektron yoğunluğu nedeniyle yeniden birleşme olasılığı daha fazladır, bu yüzden deliklerin sayısı, intrinsic delik yoğunluğundan azalır. Elektronlar çoğunluk yük taşıyıcılarıdır.

Beş Valanslı Dozant İle Extrinsic Silisyum

Eğer bir miktar üçüncü grup elementi, intrinsic yarıiletken kristaline eklenirse, bu elementler bir silisyum atomunu yerleştirir. Üçüncü grup elementleri, AI, B, IN gibi üç valans elektronu vardır. Bu üç elektron, komşu atomlarla kovalent bağ oluştururken bir delik oluşturur. Bu tür dozant atomlarına kabul ediciler denir. Delik pozitif yüklü olduğu varsayıldığından, yarıiletken p-tiptir.

Üç Valanslı Dozant İle Extrinsic Silisyum

p-tipi yarıiletkenlerde, Fermi enerji seviyesi valans bandına daha yakın hale gelir. Deliklerin sayısı artarken, elektronların sayısı intrinsic silisyuma göre azalır. p-tipi yarıiletkenlerde, delikler çoğunluk yük taşıyıcılarıdır.

Silisyumun Intrinsic Yük Taşıyıcı Yoğunluğu

Termal uyarılma nedeniyle bir elektron, valans bandından iletim bandına atladığında, her iki bandta da serbest yük taşıyıcılar oluşur, yani iletim bandındaki elektron ve valans bandındaki delik. Bu taşıyıcıların yoğunluğu, intrinsic yük taşıyıcı yoğunluğu olarak bilinir. Pratikte, saf veya intrinsic silisyum kristalinde, deliklerin (p) ve elektronların (n) sayısı birbirine eşittir ve bu, intrinsic yük taşıyıcı yoğunluğu ni'ye eşittir. Bu nedenle, n = p = ni

Bu taşıyıcıların sayısı, band boşluğu enerjisine bağlıdır. Silisyum için, band boşluğu enerjisi 298oK'da 1.2 eV'dir. Sıcaklık arttıkça, silisyumdaki intrinsic yük taşıyıcı yoğunluğu da artar. Silisyumdaki intrinsic yük taşıyıcı yoğunluğu şu şekilde verilir,

Burada, T = mutlak ölçekte sıcaklık

300oK'da intrinsic yük taşıyıcı yoğunluğu 1.01 × 1010 cm-3'tür. Ancak, daha önce kabul edilen değer 1.5 × 1010 cm-3'tür.