Какво е вътрешен полупроводник и външен полупроводник - енергийна лента и допинг?

Полупроводникът, както подсказва името, е вид материал, чиито свойства показват както проводници, така и изолатори. Полупроводниковият материал изисква определено ниво на напрежение или топлина, за да освободи своите носители за проводимост. Тези полупроводници са класифицирани като „вътрешни“ и „външни“ въз основа на броя на носителите. Вътрешният носител е най -чистата форма на полупроводник и равен брой електрони (отрицателни носители на заряд) и дупки (положителни носители на заряд). Най-използваните полупроводникови материали са силиций (Si), германий (Ge) и галиев арсенид (GaAs). Нека проучим характеристиките и поведението на тези типове полупроводници. Какво е вътрешен полупроводник? Вътрешният полупроводник може да бъде определен като химически чист материал без добавен допинг или примес към него. Най -известните налични вътрешни или чисти полупроводници са силиций (Si) и германий (Ge). Поведението на полупроводника при прилагане на определено напрежение зависи от неговата атомна структура. Най -външната обвивка както на силиция, така и на германия има по четири електрона. За да се стабилизират един друг, близките атоми образуват ковалентни връзки въз основа на споделянето на валентни електрони. Това свързване в структурата на кристалната решетка на силиция е илюстрирано на фигура 1. Тук може да се види, че валентните електрони на два атома Si се сдвояват, за да образуват ковалентна връзка. Фигура 1. Ковалентно свързване на силициевия атом Като цяло всички ковалентни връзки са стабилни и няма налични носители за проводимост. Тук вътрешният полупроводник се държи като изолатор или като непроводник. Сега, ако температурата на околната среда се доближи до стайната, ковалентните връзки започват да се разрушават. Така електроните от валентната обвивка се освобождават, за да участват в проводимостта. Тъй като по-голям брой носители се освобождават за проводимост, полупроводникът започва да се държи като проводящ материал. Диаграмата на енергийните ленти, дадена по-долу, обяснява този преход на носителите от валентната към зоната на проводимост. Диаграмата на енергийната лента Диаграмата на енергийната лента, показана на фигура 2(а), изобразява две нива, лента на проводимост и валентна лента. Пространството между двете ленти се нарича забранена междина Фигура 2 (а). Диаграма на енергийната лента Фигура Фигура 2(b). Електрони на проводимост и валентна зона в полупроводник Когато полупроводниковият материал е подложен на топлина или приложено напрежение, малко от ковалентните връзки се разпадат, което генерира свободни електрони, както е показано на фигура 2 (б). Тези свободни електрони се възбуждат и получават енергия, за да преодолеят забранената празнина и да влязат в зоната на проводимост от валентната зона. Тъй като електронът напуска валентната лента, той оставя след себе си дупка във валентната лента. Във вътрешния полупроводник винаги ще се създава равен брой електрони и дупки и следователно той проявява електрическа неутралност. И електроните, и дупките са отговорни за провеждането на ток във вътрешния полупроводник. Какво е външен полупроводник? Външният полупроводник се дефинира като материал с добавен примес или легиран полупроводник. Допингът е процес на умишлено добавяне на примеси за увеличаване на броя на носителите. Използваните примесни елементи се наричат ​​​​допанти. Тъй като броят на електроните и дупките е по-голям във външния проводник, той показва по-голяма проводимост от вътрешните полупроводници. Въз основа на използваните добавки външните полупроводници са допълнително класифицирани като „полупроводници от N-тип“ и „полупроводници от P-тип“. Полупроводници от N-тип: Полупроводниците от N-тип са легирани с петвалентни примеси. Петвалентните елементи се наричат ​​така, тъй като имат 5 електрона във валентната си обвивка. Примерите за петивалентни примеси са фосфор (P), арсен (As), антимон (Sb). Както е изобразено на фигура 3, легиращият атом установява ковалентни връзки, като споделя четири от своите валентни електрони с четири съседни силициеви атома. Петият електрон остава слабо свързан с ядрото на легиращия атом. Много по-малко йонизационна енергия е необходима, за да освободи петия електрон, така че той да напусне валентната зона и да влезе в зоната на проводимост. Петвалентният примес придава един допълнителен електрон на структурата на решетката и следователно се нарича донорен примес.Фигура 3. Полупроводник от N-тип с донорни примеси Полупроводници от P-тип: Полупроводниците от P-тип са легирани с тривалентен полупроводник. Тривалентните примеси имат 3 електрона във валентната си обвивка. Примерите за тривалентни примеси включват бор (B), галий (G), индий (In), алуминий (Al). Както е показано на фигура 4, допантният атом установява ковалентни връзки само с три съседни силициеви атома и в връзката с четвъртия силициев атом се генерира дупка или празно място. Дупката действа като положителен носител или пространство, което електронът да заема. По този начин тривалентният примес е придал положително празно място или дупка, която може лесно да приеме електрони и следователно се нарича акцепторен примес.  Фигура 4. P-тип полупроводник с акцепторен примес Концентрация на носител във вътрешния полупроводник Концентрацията на вътрешния носител се дефинира като броя на електроните на единица обем в зоната на проводимост или броя на дупките на единица обем във валентната зона. Поради приложеното напрежение електронът напуска валентната лента и на негово място създава положителна дупка. Този електрон по-нататък влиза в зоната на проводимост и участва в провеждането на тока. В вътрешен полупроводник електроните, генерирани в лентата на проводимост, са равни на броя на дупките във валентната зона. Следователно концентрацията на електрони (n) е равна на концентрацията на дупка (p) във вътрешен полупроводник. Концентрацията на вътрешния носител може да бъде дадена като: n_i=n=p Където,n_i : концентрация на вътрешен носител n : концентрация на електронен носител p : дупка -концентрация на носителя Проводимост на вътрешния полупроводник Тъй като вътрешният полупроводник е подложен на топлина или приложено напрежение, електроните преминават от валентната зона към зоната на проводимост и оставят положителна дупка или празно място във валентната лента. Отново тези дупки се запълват от други електрони, тъй като повече ковалентни връзки се разрушават. По този начин електроните и дупките се движат в обратна посока и вътрешният полупроводник започва да провежда. Проводимостта се увеличава, когато се скъсат редица ковалентни връзки, като по този начин се освобождават повече електрони и дупки за проводимост. Проводимостта на вътрешен полупроводник се изразява в термините на подвижността и концентрацията на носителите на заряд. Изразът за проводимостта на вътрешен полупроводник се изразява като: σ_i=n_i e(μ_e+μ_h) Където σ_i: проводимост на вътрешен полупроводник полупроводник n_i : концентрация на вътрешния носител μ_e: подвижност на електроните μ_h: подвижност на дупките Моля, направете справка с тази връзка, за да научите повече за MCQs на теорията на полупроводниците

Остави съобщение 

Списък на ЛС