อะไรคือฟิสิกส์ของสารกึ่งตัวนำ

อะไรคือฟิสิกส์ของสารกึ่งตัวนำ?

คำนิยามของฟิสิกส์ของสารกึ่งตัวนำ

ฟิสิกส์ของสารกึ่งตัวนำถูกกำหนดให้เป็นการศึกษาวัสดุที่มีความนำไฟฟ้าระหว่างตัวนำและฉนวน โดยเฉพาะอย่างยิ่งประกอบด้วยธาตุเช่นซิลิคอนและเจอร์เมเนียม

สมบัติของสารกึ่งตัวนำ

สารกึ่งตัวนำมีความต้านทานปานกลางและมีสัมประสิทธิ์ความต้านทานตามอุณหภูมิในทางลบ หมายความว่าความต้านทานลดลงเมื่ออุณหภูมิเพิ่มขึ้น

พันธะโควาเลนต์

อิเล็กตรอนวาเลนซ์ในอะตอมของสารกึ่งตัวนำมีบทบาทสำคัญในการสร้างพันธะระหว่างอะตอมในผลึกสารกึ่งตัวนำ การสร้างพันธะระหว่างอะตอมเกิดขึ้นเพราะแต่ละอะตอมมีแนวโน้มที่จะเติมชั้นนอกสุดของตนด้วยอิเล็กตรอนแปดตัว

แต่ละอะตอมของสารกึ่งตัวนำมีอิเล็กตรอนวาเลนซ์สี่ตัว และสามารถแบ่งปันอิเล็กตรอนสี่ตัวจากอะตอมใกล้เคียงเพื่อเติมอิเล็กตรอนแปดตัวในชั้นนอกสุด การแบ่งปันอิเล็กตรอนนี้สร้างพันธะโควาเลนต์

แต่ละอะตอมของสารกึ่งตัวนำสร้างพันธะโควาเลนต์สี่ตัวกับอะตอมใกล้เคียงสี่ตัวในผลึก นั่นคือ สร้างพันธะโควาเลนต์หนึ่งตัวกับแต่ละอะตอมของสารกึ่งตัวนำที่อยู่ใกล้เคียง รูปภาพด้านล่างแสดงพันธะโควาเลนต์ที่เกิดขึ้นในผลึกเจอร์เมเนียม

ในผลึกเจอร์เมเนียม แต่ละอะตอมมีอิเล็กตรอนแปดตัวในวงโคจรด้านนอก แต่ในอะตอมเจอร์เมเนียมเดี่ยวที่แยกออกมา มีอิเล็กตรอน 32 ตัว วงโคจรแรกมี 2 อิเล็กตรอน วงโคจรที่สองมี 8 อิเล็กตรอน วงโคจรที่สามมี 18 อิเล็กตรอน และเหลือ 4 อิเล็กตรอนในวงโคจรที่สี่หรือวงโคจรด้านนอกสุด

แต่ในผลึกเจอร์เมเนียม แต่ละอะตอมแบ่งปันอิเล็กตรอนวาเลนซ์ 4 ตัวจากอะตอมใกล้เคียง 4 ตัว เพื่อเติมวงโคจรด้านนอกสุดด้วยอิเล็กตรอนแปดตัว ในทำนองนี้ แต่ละอะตอมในผลึกจะมีอิเล็กตรอนแปดตัวในวงโคจรด้านนอกสุด

การสร้างพันธะโควาเลนต์ทำให้อิเล็กตรอนวาเลนซ์แต่ละตัวเชื่อมโยงกับอะตอม ไม่เหลืออิเล็กตรอนฟรีในผลึกสารกึ่งตัวนำที่สมบูรณ์ อะตอมถูกจัดเรียงอย่างเป็นระเบียบเนื่องจากพันธะเหล่านี้ สร้างโครงสร้างผลึกของสารกึ่งตัวนำ

ทฤษฎีวงพลังงาน

สารกึ่งตัวนำมีช่องว่างพลังงานเล็ก ๆ ระหว่างวงพลังงานวาเลนซ์และคอน덕ชัน ทำให้อิเล็กตรอนสามารถเคลื่อนที่และนำไฟฟ้าได้เมื่อมีการใส่พลังงาน

ประเภทของสารกึ่งตัวนำ

• สารกึ่งตัวนำชนิดภายใน (Intrinsic Semiconductor)

• สารกึ่งตัวนำชนิดภายนอก (Extrinsic Semiconductor)

• สารกึ่งตัวนำชนิด N และ P (N-type and P-type Semiconductor)