Mis on N-tüübiline pooljuht?
Mis on N-tüübiline pooljuht?
N-tüübilise pooljuhi mõiste
N-tüübiliseks pooljuhiks nimetatakse pooljuhit, mis on dopiteeritud pentavalentsete segadustega, et suurendada selle joontuvust lisamaks vabu elektrone.
Enne kui mõista, mis on n-tüübiline pooljuht, peaksime keskenduma põhilineaarvandusele. Aatomid püüavad oma ülemises orbiitil omada kaheksat elektroni, mida nimetatakse valentsseteks elektronideks. Kõik aatomid ei saavuta seda, kuid kõik püüavad jõuda selle stabiilse konfiguratsioonini.
Aatomi ülemises orbiitil olevad elektronid nimetatakse valentsseteks elektronideks. Kui aatomi ülemisel orbiitil ei ole kaheksat elektroni, siis tekivad niisama palju tühi kohti kui elektronide puudub orbiitil. Need tühjad kohad on alati valmis vastu võtma elektrone, et täita aatomi ülemist orbiiti kaheksa elektroniga.
Kõige levinumad pooljuhid on silitsium ja germaanium. Silitsiumil on 14 elektroni, mis on paigutatud 2, 8, 4, samas kui germaaniumil on 32 elektroni, mis on paigutatud 2, 8, 18, 4. Mõlemal pooljuhil on neljas elektron ülemisel orbiitil, jättes tühi kohta veel neljale elektronile.
Iga üks neljast valentsselektronist silitsiumis või germaaniumis moodustab kovalentse side naaber-aatomidega, täites tühje kohti. Ideaalses korras osaleksid pooljuhikristallis kõik valentsed elektronid kovalentsides, seega kristallis ei peaks olema vabu elektrone.
Kuid see ei ole tegelik olukord. Absoluutses nullpunktis (0o Kelvin) ei ole kristallis vabu elektrone, kuid kui temperatuur tõuseb absoluutsest nullpunktist ruumi temperatuurile, siis mitmed valentsed elektronid kovalentsides on soojuslõhendunud ja lahkuvad sidest, tooduses vabu elektrone kristallis. Need vabad elektronid põhjustavad pooljuhiliikmete joontuvust igal temperatuuril, mis on kõrgem kui absoluutne nullpunkt.
On meetod, mis suurendab pooljuhiliikmete joontuvust igal temperatuuril, mis on kõrgem kui absoluutne nullpunkt. Seda meetodit nimetatakse dopiteerimiseks. Selles meetodis döövitakse puhtat või intrinsikut pooljuhit pentavalentsete segadustega, nagu antimon, arseen ja fosfor. Need segadusaatomid asendavad mõnda pooljuhiaatomit kristallis ja võtavad nende koha. Kuna segadusaatomidel on viis valentsset elektroni ülemisel orbiitil, siis neljast neist loovad kovalentse side neli naaberpooljuhiaatomiga.
Üks valentsselektron segadusaatomist ei saa võimalust osaleda kovalentses sides ja muutub vabamalt sidetusena vanema segadusaatomiga. Ruumi temperatuuril võivad need vabamalt sidetud viied valentsed elektronid segadusaatomitest lähtuda soojuslõhendunud.
See fenomen toob kaasa märkimisväärse arvu vabu elektrone, kuid ikkagi on kristallis kovalentside lõhkumisi soojuslõhendunud ruumi temperatuuril. Vabad elektronid, mis tekkivad pooljuhikul pooljuhiga ja pooljuhikul segadusaatomitega kovalentside lõhkumisel, põhjustavad kristallis kokku vabade elektronide arvu.
Kui üks vaba elektron tekib pooljuhikul pooljuhiga kovalentsese lõhkudes, tekib lõhkenud sidesse tühi koht. Neid tühi kohti nimetatakse aukudeks. Iga auk peetakse positiivseks ekvivalentiks negatiivsele elektronile, kuna see tekib ühe elektroni puudumise tõttu. Siin on elektronid peamised liikuvad laengutajad. N-tüübilises pooljuhis on nii vabad elektronid kui ka aukud.
Kuid aukude arv on märkimisväärselt väiksem kui elektronide arv, kuna aukud tekivad ainult pooljuhikul pooljuhiga kovalentsede lõhkudes, samas kui vabad elektronid tekivad nii vabalt sidetud, mitte-sidetud viienda valentsselektronist segadusaatomitest kui ka pooljuhikul pooljuhiga kovalentside lõhkudes.
Seega, vabade elektronide arv >> aukude arv n-tüübilises pooljuhis. Seepärast nimetatakse vabu elektrone enamuslaengutajateks ja auku vähemuslaengutajateks n-tüübilises pooljuhis. Kuna negatiivselt laengutud elektronid peamiselt osalevad laengu edastamisel selle pooljuhikul, viitatakse sellele negatiivseks tüübiks või n-tüübiks. Kuigi kristallis on palju vabu elektrone, on see elektriliselt neutraalne, kuna protonide ja elektronide koguarv on võrdne.
