Што е N тип полупроводник?

Што е N тип полупроводник?

Дефиниција на N тип полупроводник

N тип полупроводник се дефинира како тип на полупроводник кој е допиран со петвалентни импрешитости за да се зголеми неговата проводливост со додавање слободни електрони.

Преж од да разбереме што е N тип полупроводник, треба да се фокусираме на основната атомска наука. Атомите сакаат да имаат осум електрони во својата најотдалечена орбита, познати како валентни електрони. Не сите атоми го постигнуваат ова, но сите се стремат да дојдат до ова стабилно состојба.

Електроните во најотдалечената орбита на атомот се нарекуваат валентни електрони. Ако најотдалечената орбита на атомот нема осум електрони, тогаш ќе има вакансии колку недостиг на електрони во орбитата. Овие вакансии се секогаш спремни да прифатат електрони за да пополнат осум електрони во најотдалечената орбита на атомот.

Најчесто користените полупроводници се кремикон и германиум. Кремиконот има 14 електрони распоредени како 2, 8, 4, додека германиумот има 32 електрони распоредени како 2, 8, 18, 4. И двата полупроводника имаат четири електрони во својата најотдалечена орбита, што остава вакансии за уште четири електрони.

Секој од четирите валентни електрони во кремиконот или германиумот формира ковалентна врска со соседните атоми, пополнувајќи вакансиите. Идеално, сите валентни електрони во кристалот на полупроводникот учествуваат во ковалентни врски, така што не би требало да има слободни електрони во кристалот.

Но ова не е вистинската состојба. При абсолютна 0o Келвин не би имало слободни електрони во кристалот, но кога температурата се зголемува од абсолютна нула до собна температура, бројот на валентни електрони во врските се термално ексцитирани и излегуваат од врската, што генерира број на слободни електрони во кристалот. Овие слободни електрони предизвикуваат проводливоста на материјалите од полупроводник при било која температура повисока од абсолютна нула.

Постои метод за зголемување на проводливоста на полупроводниците при било која температура повисока од абсолютна нула. Овој метод се нарекува допирање. Со овој метод чист или интрасичен полупроводник се допира со петвалентни импрешитости како антимон, арсен и фосфор. Овие атоми на импрешитости заменуваат некои од атомите на полупроводникот во кристалот и заемаат нивните позиции. Бидејќи атомите на импрешитости имаат пет валентни електрони во најотдалечената орбита, четири од нив ќе создадат ковалентна врска со четири соседни атоми на полупроводник.

Еден валентен електрон на атомот на импрешитоста не добива можност да учествува во ковалентна врска и станува повеќе лесно поврзан со родителскиот атом на импрешитоста. При собна температура, овие слободни петти валентни електрони на атомот на импрешитоста можат да излезат од својата позиција поради термална ексцитација.

Збогувајќи на овој феномен, ќе има значителен број на слободни електрони, но уште уште постојат прекинувања на ковалентни врски во кристалот поради термална ексцитација при собна температура. Слободните електрони, плус слободните електрони создадени поради прекинување на ковалентни врски меѓу полупроводник-до-полупроводник и полупроводник-до-импрешитости, предизвикуваат тотален број на слободни електрони во кристалот.

Иако, секогаш кога се создава слободен електрон поради прекинување на ковалентна врска меѓу полупроводник-до-полупроводник, се создава вакансия во прекинутата врска. Овие вакансии се нарекуваат рупки. Секоја од овие рупки се смета за позитивен еквивалент на негативен електрон бидејќи се создава поради недостиг на еден електрон. Електроните се главни мобилни носачи на наелектрисана. Во N тип полупроводник ќе има и слободни електрони и рупки.

Но бројот на рупки е многу помал од бројот на електрони затоа што рупките се создаваат само поради прекинување на ковалентна врска меѓу полупроводник-до-полупроводник, додека слободните електрони се создаваат и поради лесно поврзан небондован петти валентен електрон на атомот на импрешитоста и прекинување на ковалентни врски меѓу полупроводник-до-полупроводник.

Затоа, бројот на слободни електрони >> бројот на рупки во N тип полупроводник. Затоа слободните електрони се нарекуваат главни носачи, а рупките - второстепени носачи во N тип полупроводник. Бидејќи негативно наелектрисаните електрони главно учествуваат во пренос на наелектрисана низ овој полупроводник, тој се нарекува негативен тип или N тип полупроводник. Иако во кристалот има многу слободни електрони, тој е електрично нейтрален затоа што тоталниот број на протони и тоталниот број на електрони се еднакви.