Vad är Intrinsic Semiconductor och Extrinsic Semiconductor - Energy Band & Doping?

Halvledare, som namnet antyder, är ett slags material vars egenskaper har egenskaper hos både ledare och isolatorer. Ett halvledarmaterial kräver en viss spänning eller värme för att frigöra dess bärare för ledning. Dessa halvledare klassificeras som "inneboende" och "yttre" baserat på antalet bärare. Den inneboende bäraren är den renaste formen av halvledare och lika många elektroner (negativ laddningsbärare) och hål (positiva laddningsbärare). Halvledarmaterialen som används mest är Silicon (Si), Germanium (Ge) och Gallium Arsenide (GaAs). Låt oss studera egenskaperna och beteendet för dessa typer av halvledare. Vad är en inneboende halvledare? Den inneboende halvledaren kan definieras som kemiskt rent material utan att dopning eller förorening läggs till. De mest kända inneboende eller rena halvledarna som finns tillgängliga är Silicon (Si) och Germanium (Ge). Halvledarens beteende vid applicering av en viss spänning beror på dess atomstruktur. Det yttersta skalet av både Silicon och Germanium har fyra elektroner vardera. För att stabilisera varandra bildar närliggande atomer kovalenta bindningar baserade på delning av valenselektroner. Denna bindning i kristallgitterstrukturen för kisel illustreras i figur 1. Här kan man se att valenselektronerna i två Si -atom parar ihop för att bilda en kovalent bindning. Figur 1. Kovalent bindning av kiselatomen Vid alla kovalenta bindningar är stabila och inga bärare är tillgängliga för ledning. Här uppträder den inneboende halvledaren som en isolator eller icke-ledare. Nu om den omgivande temperaturen kommer nära rumstemperaturen för de kovalenta bindningarna börjar bryta. Således frigörs elektronerna från valensskalet för att delta i ledning. När fler antal bärare frigörs för ledning börjar halvledaren bete sig som ett ledande material. Energibanddiagrammet nedan förklarar denna övergång av bärare från valensbandet till ledningsbandet. Energibanddiagrammet Energibanddiagrammet som visas i figur 2 (a) visar två nivåer, konduktionsband och valensband. Utrymmet mellan de två banden kallas det förbjudna gapet Figur 2 (a). Energibanddiagram Figur Figur 2 (b). Lednings- och valensbandelektroner i en halvledare När ett halvledarmaterial utsätts för värme eller applicerad spänning bryts få av de kovalenta bindningarna, vilket genererar fria elektroner som visas i figur 2 (b). Dessa fria elektroner blir upphetsade och får energi för att övervinna det förbjudna gapet och komma in i ledningsbandet från valensbandet. När elektronen lämnar valensbandet lämnar det ett hål i valensbandet. I en inneboende halvledare skapas alltid lika många elektroner och hål och därför uppvisar den elektrisk neutralitet. Både elektronerna och hålen är ansvariga för strömledning i den inneboende halvledaren. Vad är en yttre halvledare? Den yttre halvledaren definieras som materialet med tillsats av föroreningar eller dopad halvledare. Doping är processen att avsiktligt lägga till föroreningar för att öka antalet bärare. De föroreningselement som används benämns dopningsmedel. Eftersom antalet elektroner och hål är större i yttre ledare uppvisar den större konduktivitet än inneboende halvledare. Baserat på använda dopmedel klassificeras de extrinsiska halvledarna vidare som "halvledare av N-typ" och "halvledare av P-typ". Halvledare av typ N: Halvledare av N-typ är dopade med femvärda föroreningar. De femvärda elementen kallas så att de har 5 elektroner i sitt valensskal. Exemplen på femvärd orenhet är fosfor (P), arsenik (As), antimon (Sb). Som visas i figur 3 upprättar dopningsatomen kovalenta bindningar genom att dela fyra av sina valenselektroner med fyra närliggande kiselatomer. Den femte elektronen förblir löst bunden till kärnan i dopningsatomen. Mycket mindre joniseringsenergi krävs för att frigöra den femte elektronen så att den lämnar valensbandet och kommer in i ledningsbandet. Den femvärda föroreningen ger en extra elektron till gitterstrukturen och därför kallas den som donatorförorening.Figur 3. Halvledare av N-typ med donatorförorening P-typ Halvledare: Halvledare av P-typ dopas med den trevärda halvledaren. De trevärda föroreningarna har 3 elektroner i sitt valensskal. Exemplen på trevärda föroreningar inkluderar Bor (B), Gallium (G), Indium (In), Aluminium (Al). Såsom visas i figur 4 upprättar dopningsatomen kovalenta bindningar med endast tre angränsande kiselatomer och ett hål eller tomrum genereras i bindningen med den fjärde kiselatomen. Hålet fungerar som en positiv bärare eller utrymme för elektronen att uppta. Således har den trevärda orenheten gett ett positivt tomrum eller hål som lätt kan acceptera elektroner och därför kallas det en Acceptor -orenhet.  Figur 4. Halvledare av P-typ med acceptorföroreningen Bärarkoncentration i Intrinsic Semiconductor Den inneboende bärarkoncentrationen definieras som antalet elektroner per volymenhet i ledningsbandet eller antalet hål per volymenhet i valensbandet. På grund av den applicerade spänningen lämnar elektronen valensbandet och skapar ett positivt hål på plats. Denna elektron kommer vidare in i ledningsbandet och deltar i ledningen av ström. I en inneboende halvledare är elektronerna som genereras i ledningsbandet lika med antalet hål i valensbandet. Därför är elektronkoncentrationen (n) lika med hålkoncentrationen (p) i en inneboende halvledare. Inre bärarkoncentration kan anges som: n_i = n = p Där, n_i: inneboende bärarkoncentration n: elektronbärarkoncentration p: hål -bärarkoncentration Ledningsförmåga för Intrinsic Semiconductor Eftersom den inneboende halvledaren utsätts för värme eller applicerad spänning reser elektronerna från valensband till ledningsband och lämnar ett positivt hål eller vakans i valensbandet. Återigen fylls dessa hål av andra elektroner eftersom mer kovalenta bindningar bryts. Således reser elektronerna och hålen i motsatt riktning och den inneboende halvledaren börjar leda. Konduktiviteten ökar när ett antal kovalenta bindningar bryts och därmed fler elektroner när hål släpps för ledning. Konduktiviteten hos en inneboende halvledare uttrycks i termerna av rörlighet och koncentration av laddningsbärarna. Uttrycket för konduktiviteten hos en inneboende halvledare anges uttryckt som: σ_i = n_i e (μ_e+μ_h) där σ_i: konduktivitet hos en inneboende halvledare n_i: inneboende bärarkoncentration μ_e: rörlighet hos elektroner μ_h: rörlighet i hål Se den här länken för att veta mer om Halvledarteori MCQ: er

Lämna ett meddelande 

meddelande~~POS=TRUNC