Wat is 'n N-tipe halwegeleer?

Wat is 'n N-tipe halwegeleier?

Definisie van 'n N-tipe halwegeleier

'n N-tipe halwegeleier word gedefinieer as 'n tipe halwegeleier wat met pentavalente verontreinigingsstowwe gedopeer is om sy geleidbaarheid te verhoog deur vry elektrone by te voeg.

Voordat ons begryp wat 'n N-tipe halwegeleier is, moet ons fokus op basiese atoomwetenskap. Atoome streef daarna om agt elektrone in hul buiteste baan te hê, bekend as valenselektrone. Nie almal bereik dit nie, maar almal streef daarna om hierdie stabiele konfigurasie te bereik.

Die elektrone in die buiteste baan van 'n atoom word valenselektrone genoem. As die buiteste baan van 'n atoom nie agt elektrone het nie, sal daar soveel vakante plekke wees as die gebrek aan elektrone in die baan. Hierdie vakante plekke is altyd gereed om elektrone te aanvaar om agt elektrone in die buiteste baan van die atoom te vervul.

Die mees algemeen gebruikte halwegeleiers is silikon en germanium. Silikon het 14 elektrone gerangskik as 2, 8, 4, terwyl germanium 32 elektrone het, gerangskik as 2, 8, 18, 4. Beide halwegeleiers het vier elektrone in hul buiteste baan, wat vakante plekke laat vir vier meer elektrone.

Elkeen van die vier valenselektrone in silikon of germanium vorm 'n kovalente binding met naasliggende atoome, wat die vakante plekke vul. Ideaal gesproke is alle valenselektrone in 'n halwegeleierkristal betrokke by kovalente bindings, sodat daar geen vry elektrone in die kristal moet wees nie.

Maar dit is nie die werklike geval nie. By absolute nul Kelvin sou daar geen vry elektrone in die kristal wees nie, maar wanneer die temperatuur van absolute nul na kamerstemming styg, word 'n aantal valenselektrone termies opgewek en kom uit die bindings en skep 'n aantal vry elektrone in die kristal. Hierdie vry elektrone veroorsaak die geleidbaarheid van halwegeleiermateriaal by enige temperatuur hoër as absolute nul.

Daar is 'n metode om die geleidbaarheid van halwegeleiers by enige temperatuur groter as absolute nul te verhoog. Hierdie metode staan bekend as doping. In hierdie metode word 'n puur of intrinsiek halwegeleier gedopeer met pentavalente verontreinigingsstowwe soos antimoon, arseen en fosfor. Hierdie verontreinigingstoome vervang sommige van die halwegeleieratoome in die kristal en beset hul posisies. Aangesien die verontreinigingstoome vyf valenselektrone in die buiteste baan het, sal vier van hulle kovalente bindings met vier aangrensende halwegeleieratoome skep.

Een valenselektron van die verontreinigingstoomblyk nie betrokke by kovalente bindings nie en word losser aan die ouer verontreinigingstoomblyk. By kamerstemming kan hierdie los gebonde vyfde valenselektrone van die verontreinigingstoome as gevolg van termiese opwinding uit hul posisies kom.

As gevolg hiervan sal daar 'n beduidende aantal vry elektrone wees, maar daar sal steeds afbreek van kovalente bindings in die kristal wees as gevolg van termiese opwinding by kamerstemming. Die vry elektrone, plus die vry elektrone wat as gevolg van die afbreek van halwegeleier tot halwegeleier en halwegeleier tot verontreiniging kovalente bindings geskep word, veroorsaak die totale aantal vry elektrone in die kristal.

Alhoewel, wanneer 'n vry elektron tydens die afbreek van 'n halwegeleier tot halwegeleier kovalente binding geskep word, word daar 'n vakantieplek in die gebroke binding geskep. Hierdie vakantieplekke word holtes genoem. Elkeen van hierdie holtes word beskou as die positiewe ekwivalent van 'n negatiewe elektron, aangesien dit as gevolg van 'n gebrek aan een elektron geskep word. Hier is elektrone die hoof mobiele laaddragers. In 'n N-tipe halwegeleier sal daar beide vry elektrone en holtes wees.

Maar die aantal holtes is baie kleiner as dat van elektrone, omdat holtes slegs as gevolg van die afbreek van halwegeleier tot halwegeleier kovalente bindings geskep word, terwyl vry elektrone sowel as gevolg van losgebond nie-gebond vyfde valenselektrone van verontreinigingstoome as ook die afbreek van halwegeleier tot halwegeleier kovalente bindings geskep word.

Dus, aantal vry elektrone >> aantal holtes in 'n N-tipe halwegeleier. Daarom word vry elektrone grootdragers genoem, en holtes klein dragers in 'n N-tipe halwegeleier. Aangesien negatief gelaaide elektrone hoofsaaklik betrokke is by laad-oordrag deur hierdie halwegeleier, word dit verwys as negatiewe tipe of N-tipe halwegeleier. Alhoewel daar baie vry elektrone in die kristal is, bly dit elektries neutraal aangesien die totale aantal protonne en die totale aantal elektrone gelyk is.