Kas ir N tipa poluprovodītājs?
Kas ir N tipa poluvederis?
N tipa poluvedera definīcija
N tipa poluveders ir tāds poluveders, kuram ir pievienotas piecvietējas impurities, lai palielinātu tā vidišanāspēju, pievienojot brīvas elektronas.
Pirms saprotam, kas ir n tipa poluveders, mums jāpievēršas pamatām atomu zinātnei. Atomus raksturo tas, ka viņiem ir griba iegūt astoņus elektronus savā ārējā orbitā, ko sauc par valentnēm elektronām. Ne visiem atomiem izdodas sasniedz šo skaitli, bet visi cenšas nonākt šajā stabila konfigurācijā.
Atomu ārējās orbites elektronus sauc par valentnēm elektronām. Ja atomu ārējā orbita nav pilna ar astoņām elektronām, tad būs tik daudz brīviem vietām, cik trūkst elektronu. Šie brīvie vietas vienmēr ir gatavi pieņemt elektronus, lai aizpildītu astoņus elektronus atomu ārējā orbitā.
Visbiežāk izmantotie poluvederi ir silicijs un germanijs. Silicijs ir ar 14 elektronu, kas ir sakārtoti kā 2, 8, 4, bet germanijs ir ar 32 elektronu, kas ir sakārtoti kā 2, 8, 18, 4. Abi poluvederi ir ar četriem elektronu savā ārējā orbitā, atstājot vietu vēl četriem elektronu.
Katrā no četriem valentnēm elektronu silicija vai germanija veido kovalentu saiti ar blakus esošajiem atomiem, aizpildot brīvās vietas. Ideālajā situācijā visi valentnēm elektronu poluvedera kristālā ir iesaistīti kovalentajās saitēs, tāpēc kristālā nevajadzētu būt brīvām elektronām.
Tomēr tas nav patiesība. Absolūtajā 0° Kelvin temperatūrā kristālā nebūtu neviena brīva elektone, bet kad temperatūra paaugstinās no absolūtā nulles līdz istabas temperatūrai, daudzi valentnēm elektronu saitēs tiek termiski uzglabāti un izdzīst no saites, radot daudzas brīvas elektronas kristālā. Šīs brīvās elektronas rada poluvedera materiālu vidišanāspēju jebkurā temperatūrā, kas augstāka par absolūto nuli.
Ir metode, kā palielināt poluvedera vidišanāspēju jebkurā temperatūrā, kas ir lielāka par absolūto nuli. Šo metodi sauc par dozēšanu. Šajā metodē tīrs vai intrinsisks poluveders tiek dozēts ar piecvietējām impurities, piemēram, antimons, arsēns un fosforuss. Šīs impurity atomi aizvieto dažus poluvedera atomus kristālā un ieņem tos vietās. Kad impurity atomi ir ar pieciem valentnēm elektronu savā ārējā orbitā, četri no tiem veidos kovalentas saites ar četriem blakus esošajiem poluvedera atomiem.
Viens no impurity atomu valentnēm elektronu nevar piedalīties kovalentajā saitē un kļūst vairāk nomaldīti saistīts ar vecāko impurity atomu. Istabas temperatūrā šie nomaldīti saistītie piektie valentnēm elektronu var izdzīst no savas pozīcijas dēļ termiskās uzglabāšanas.
Dēļ šīs parādības kristālā būs apmēram daudz brīvu elektronu, tomēr joprojām notiek kovalento saiti kristālā dēļ termiskās uzglabāšanas istabas temperatūrā. Brīvās elektronas, kā arī brīvās elektronas, kas rodas dēļ poluvedera poluvederim un poluvedera impurity kovalento saiti bojāšanās, rada kopējo brīvo elektronu skaitu kristālā.
Lai gan, kad brīva elektone tiek radīta dēļ poluvedera poluvederim kovalento saiti bojāšanās, rodas brīvs vietas bojātajā saitē. Šīs brīvās vietas tiek sauktas par dzirnavām. Katra no šīm dzirnavām tiek uzskatīta par pozitīvu ekvivalentu negatīvam elektronam, jo tā rodas dēļ viena elektrona trūkuma. Šeit elektronas ir galvenie mobīgie lādiņu pārneši. N tipa poluvederā būs gan brīvas elektronas, gan dzirnavas.
Bet dzirnavu skaits ir diezgan mazāks nekā elektronu, jo dzirnavas rodas tikai dēļ poluvedera poluvederim kovalento saiti bojāšanās, savukārt brīvas elektronas rodas gan dēļ nomaldīti saistītā nepievienotā piektā valentnēm elektronu impurity atomu, gan dēļ poluvedera poluvederim kovalento saiti bojāšanās.
Tāpēc, brīvu elektronu skaits >> dzirnavu skaits n tipa poluvederā. Tāpēc brīvās elektronas tiek sauktas par balsušķirojamajiem, bet dzirnavas - par mazākuma šķirojumiem n tipa poluvederā. Jo negatīvi slodinātās elektronas galvenokārt iesaistās lādiņu pārnešanā caur šo poluvederu, to sauc par negatīvo tipu vai n tipa poluvederu. Lai arī kristālā ir daudz brīvu elektronu, tas joprojām ir elektriski neitrāls, jo protonu kopējais skaits un elektronu kopējais skaits ir vienāds.
