Какво е N тип полупроводник?

Какво е N тип полупроводник?

Определение на N тип полупроводник

N тип полупроводник се дефинира като вид полупроводник, който е дозиран с пентавалентни примеси, за да се увеличи неговата проводимост чрез добавяне на свободни електрони.

Преди да разберем какво е N тип полупроводник, трябва да се съсредоточим върху основната атомна наука. Атомите се стремят да имат осем електрона в най-външната си орбитала, известна като валентни електрони. Не всички атоми постигат това, но всички се стремят да достигнат тази стабилна конфигурация.

Електроните в най-външната орбитала на атома се наричат валентни електрони. Ако най-външната орбитала на атома няма осем електрона, тогава ще има толкова празни места, колкото липсващите електрони в орбиталата. Тези празни места са винаги готови да приемат електрони, за да попълнят осемте електрона в най-външната орбитала на атома.

Най-често използваните полупроводници са кремик и германий. Кремикът има 14 електрона, подредени като 2, 8, 4, докато германият има 32 електрона, подредени като 2, 8, 18, 4. И двата полупроводника имат четири електрона в най-външната си орбитала, оставящи празни места за още четири електрона.

Всеки от четирите валентни електрона в кремика или германията формира ковалентна връзка с съседните атоми, попълвайки празните места. Идеално, всички валентни електрони в кристал от полупроводник са включени в ковалентни връзки, така че не би трябвало да има свободни електрони в кристала.

Но това не е реалния случай. При абсолютна температура 0o Келвин няма да има никакви свободни електрони в кристала, но когато температурата се повиши от абсолютен нул до стаяна температура, числото на валентните електрони във връзките се термично възбуждат и излизат от връзката, генерирайки множество свободни електрони в кристала. Тези свободни електрони причиняват проводимостта на полупроводниковите материали при всяка температура, по-висока от абсолютен нул.

Има метод за увеличаване на проводимостта на полупроводниците при всяка температура, по-висока от абсолютен нул. Този метод се нарича дозиране. В този метод чист или интраксин полупроводник се дозира с пентавалентни примеси като антимон, арсен и фосфор. Тези примесни атоми заместват някои от атомите на полупроводника в кристала и заемат техните позиции. Тъй като примесните атоми имат пет валентни електрона в най-външната си орбитала, четири от тях ще създадат ковалентни връзки с четирите съседни атома на полупроводника.

Един валентен електрон на примесния атом не получава възможност да участва в ковалентната връзка и става по-слабо свързан с родителския примесен атом. При стаяна температура, тези слабо свързани пети валентни електрони на примесните атоми могат да излязат от своите позиции поради термично възбуждане.

В резултат на този феномен, ще има значителен брой свободни електрони, но все още има разпадане на ковалентните връзки в кристала поради термично възбуждане при стаяна температура. Свободните електрони, допълнително създадени поради разпадане на ковалентните връзки между полупроводник и полупроводник, и между полупроводник и примеси, причиняват общия брой свободни електрони в кристала.

Въпреки това, всеки път, когато се създаде свободен електрон при разпадане на ковалентната връзка между полупроводник и полупроводник, се създава празно място в разпадналата се връзка. Тези празни места се наричат дупки. Всяка от тези дупки се счита за положителен еквивалент на отрицателен електрон, тъй като се създава поради липса на един електрон. Тук електроните са главни мобилни носители на заряд. В N тип полупроводник ще има както свободни електрони, така и дупки.

Но броят на дупките е значително по-малък от броя на електроните, тъй като дупките се създават само при разпадане на ковалентната връзка между полупроводник и полупроводник, докато свободните електрони се създават както поради слабо свързаните, небиндованите пети валентни електрони на примесните атоми, така и при разпадане на ковалентните връзки между полупроводник и полупроводник.

Следователно, броят на свободните електрони >> броя на дупките в N тип полупроводник. Ето защо свободните електрони се наричат основни носители, а дупките - малочислени носители в N тип полупроводник. Тъй като отрицателно заредените електрони предимно участват в пренасянето на заряд през този полупроводник, той се нарича отрицателен тип или N тип полупроводник. Въпреки, че има много свободни електрони в кристала, все пак той е електрически неутрален, тъй като общият брой протони и общият брой електрони са равни.