Что такое энергетические зоны кремния?

Что такое энергетические зоны кремния?

Определение кремния

Кремний определяется как полупроводник, обладающий свойствами, находящимися между свойствами проводника и изолятора, что делает его важным для электроники.

Кремний определяется как полупроводник, имеющий меньше свободных электронов, чем проводник, но больше, чем изолятор. Эта уникальная характеристика делает кремний широко используемым в электронике. У кремния есть два типа энергетических зон: зона проводимости и валентная зона. Валентная зона образуется уровнями энергии с валентными электронами. При абсолютной температуре 0°K валентная зона заполнена электронами, и ток не течет.

Зона проводимости — это более высокий уровень энергии, где находятся свободные электроны, которые могут перемещаться по всему твердому телу. Эти свободные электроны отвечают за течение тока. Промежуток энергии между зоной проводимости и валентной зоной называется запрещенной зоной. Этот промежуток определяет, является ли материал металлом, изолятором или полупроводником.

Размер запрещенной зоны определяет, является ли твердое тело металлом, изолятором или полупроводником. Металлы не имеют промежутка, у изоляторов он большой, а у полупроводников — умеренный. У кремния запрещенная зона составляет 1,2 эВ при 300 К.

В кристалле кремния атомы соединены ковалентными связями, что делает кремний электрически нейтральным. Когда электрон отрывается от своей ковалентной связи, он оставляет дырку. По мере увеличения температуры все больше электронов переходят в зону проводимости, создавая больше дырок в валентной зоне.

Диаграмма энергетических зон кремния

Диаграмма энергетических зон кремния показывает уровни энергии электронов. В интрасилиции уровень Ферми находится в середине энергетического промежутка. Допирование интрасилиция донорными атомами делает его n-типа, перемещая уровень Ферми ближе к зоне проводимости. Допирование акцепторными атомами делает его p-типа, перемещая уровень Ферми ближе к валентной зоне.

Диаграмма энергетических зон интрасилиция

Диаграмма энергетических зон экстрасилиция