Kaj je N tip polprevodnika?
Kaj je N tip polprevodnika?
Definicija N tipa polprevodnika
N tip polprevodnika je definiran kot vrsta polprevodnika, ki je zamenjan s petvalentnimi pristranskostmi, da se poveča njegova vodljivost z dodajanjem prostih elektronov.
Preden razumemo, kaj je N tip polprevodnika, moramo osredotočiti pozornost na osnovno atomsko znanost. Atomi želijo imeti osem elektronov v svoji najbolj oddaljeni orbiti, znanih tudi kot valentni elektroni. Vsi atomi tega ne dosežejo, vendar vsi težijo do dosega te stabilne konfiguracije.
Elektroni v najbolj oddaljeni orbiti atoma so znani kot valentni elektroni. Če najbolj oddaljena orbita atoma nima osem elektronov, bo obstajalo toliko praznih mest, kot je manjkajočih elektronov v orbiti. Ta prazna mesta so vedno pripravljena sprejeti elektrone, da bi izpolnila osem elektronov v najbolj oddaljeni orbiti atoma.
Najpogosteje uporabljeni polprevodniki sta silicij in germanij. Silicij ima 14 elektronov, razporejenih kot 2, 8, 4, medtem ko ima germanij 32 elektronov, razporejenih kot 2, 8, 18, 4. Oba polprevodnika imata štiri elektrona v svoji najbolj oddaljeni orbiti, kar pomeni, da obstaja še štiri prazna mesta za elektrone.
Vsak od štirih valentnih elektronov v siliciju ali germaniju oblikuje kovalentno vez s sosednjimi atomi, zapolnjujejo prazna mesta. Idealno bi bilo, da so vse valentne elektrone v kristalu polprevodnika vključene v kovalentne veze, zato v kristalu ne bi smelo biti nobenih prostih elektronov.
Toda to ni dejanski primer. Pri absolutni temperaturi 0o Kelvin ne bi bilo nobenega prostega elektrona v kristalu, toda ko se temperatura poviša od absolutne ničle do sobne temperature, število valentnih elektronov v vezah postane termično vzbuženo in zapusti vez, s čimer ustvari število prostih elektronov v kristalu. Ti proste elektroni povzročajo vodljivost polprevodniških materialov pri kakršni koli temperaturi, višji od absolutne ničle.
Obstaja metoda za povečanje vodljivosti polprevodnikov pri kakršni koli temperaturi, višji od absolutne ničle. Ta metoda se imenuje zamenjava. V tej metodi se čist ali intrinzični polprevodnik zamenja s petvalentnimi pristranskostmi, kot so antimon, arzenik in fosfor. Te pristranske atome nadomestijo nekatere atome polprevodnika v kristalu in zasedejo njihove položaje. Ker pristranske atome imajo pet valentnih elektronov v svoji najbolj oddaljeni orbiti, bodo štiri od njih ustvarili kovalentno vez s štirimi sosednjimi atomi polprevodnika.
En valentni elektron pristranskega atoma ne dobi možnosti, da bi se vključil v kovalentno vez in postane bolj lučno vezan na starševski pristranski atom. Pri sobni temperaturi lahko ti lučno vezani peti valentni elektroni pristranskih atomov zapustijo svoje mesto zaradi termične vzbuženosti.
Zaradi tega pojava bo v kristalu veliko prostih elektronov, toda še vedno bodo prišlo do razpadu kovalentnih vezov v kristalu zaradi termične vzbuženosti pri sobni temperaturi. Prosti elektroni, poleg prostih elektronov, ustvarjenih zaradi razpada kovalentnih vezov med polprevodniki in med polprevodniki ter pristranskimi atomi, povzročajo skupno število prostih elektronov v kristalu.
Čeprav, kadarkoli se ustvari prosti elektron med razpadom kovalentne veze med polprevodniki, se ustvari prazno mesto v razbiti vezi. Ta prazna mesta so znana kot luknje. Vsaka od teh luknji je smotrana kot pozitivna enakovrednost negativnega elektrona, ker je ustvarjena zaradi manjka enega elektrona. Tukaj so elektroni glavni mobilni nosilci naboja. V N tipu polprevodnika bo prisotno hkrati prostih elektronov in luknji.
Število luknji pa je precej manjše kot število elektronov, ker so luknje ustvarjene le zaradi razpada kovalentne veze med polprevodniki, medtem ko so prosti elektroni ustvarjeni zaradi lučno vezanih nevezanih petih valentnih elektronov pristranskih atomov in razpada kovalentnih vezov med polprevodniki.
Zato je število prostih elektronov >> število luknji v N tipu polprevodnika. Zaradi tega se prosti elektroni imenujejo večinski nosilci, medtem ko so luknje manjšinske nosilci v N tipu polprevodnika. Ker se negativno nabiti elektroni glavno udeležujejo v prenosu naboja skozi ta polprevodnik, ga imenujemo negativni tip ali N tip polprevodnika. Čeprav je v kristalu veliko prostih elektronov, ostane električno neutralen, ker je skupno število protonov in skupno število elektronov enako.
