Hvad er halvlederfysik?

Hvad er halvlederfysik?

Definition af halvlederfysik

Halvlederfysik defineres som studiet af materialer med elektrisk ledningsevne mellem leder og isolator, primært involverende elementer som silicium og germanium.

Egenskaber ved halvledere

Halvledere har moderat resistivitet og en negativ temperaturkoefficient for resistens, hvilket betyder, at deres resistens falder med stigende temperatur.

Kovalent binding

Valenselektronerne i halvlederatomer spiller en vital rolle i bindingen mellem atomer i halvlederkristallet. Binding mellem atomer forekommer, fordi hvert atom har en tendens til at fylde sin yderste cel med otte elektroner.

Hvert halvlederatom har fire valenselektroner og kan dele fire elektroner fra naboatomer for at fylde otte elektroner i sin yderste skede. Dette deling af elektroner skaber kovalente bindinger.

Hvert halvlederatom skaber fire kovalente bindinger med fire naboatomer i kristallet. Det betyder, at en kovalent binding oprettes med hvert af de fire naboatomer. Figuren nedenfor viser de kovalente bindinger, der dannes i et germaniumkristal.

I et germaniumkristal har hvert atom otte elektroner i sin sidste bane. Men i et isoleret enkelt germaniumatom findes der 32 elektroner. Den første bane består af 2 elektroner. Den anden bane består af 8 elektroner. Den tredje bane består af 18 elektroner, og resten, 4 elektroner, er i den fjerde eller yderste bane.

Men i et germaniumkristal deler hvert atom 4 valenselektroner fra fire naboatomer for at fylde sin yderste bane med otte elektroner. På denne måde vil hvert af dem i kristallet have otte elektroner i sin yderste bane.

At danne kovalente bindinger forbinder hver valenselektron med et atom, efterladt ingen frie elektroner i et ideelt halvlederkristal. Atomerne er ordnet pænt på grund af disse bindinger, hvilket skaber kristalstruktur hos halvlederen.

Energi-båndteori

Halvledere har en lille energiforskel mellem valens- og konduktionsbåndene, hvilket tillader elektroner at bevæge sig og føre strøm, når der anvendes energi.

Typer af halvledere

• Intrinsisk halvleder

• Extrinsisk halvleder

• N-type og P-type halvleder