Шта је унутрашњи полупроводник и спољни полупроводник - енергетски опсег и допинг?

Полупроводник, као што име говори, је врста материјала чија су својства и проводника и изолатора. Полупроводнички материјал захтева одређени ниво напона или топлоте да ослободи своје носаче за спровођење. Ови полупроводници су класификовани као „унутрашњи“ и „спољашњи“ на основу броја носилаца. Унутрашњи носилац је најчистији облик полупроводника и једнак број електрона (негативни носиоци набоја) и рупа (позитивни носиоци наелектрисања). Најчешће коришћени полупроводнички материјали су силицијум (Си), германијум (Ге) и галијум -арсенид (ГаАс). Хајде да проучимо карактеристике и понашање ових врста полупроводника. Шта је унутрашњи полупроводник? Унутрашњи полупроводник се може дефинисати као хемијски чист материјал без додавања било каквог допинга или нечистоће. Најчешћи доступни унутрашњи или чисти полупроводници су силицијум (Си) и германијум (Ге). Понашање полупроводника при примени одређеног напона зависи од његове атомске структуре. Најудаљенија љуска силицијума и германија има по четири електрона. За међусобну стабилизацију атоми у близини формирају ковалентне везе засноване на дељењу валентних електрона. Ово везивање у структури кристалне решетке Силицијума илустровано је на слици 1. Овде се може видети да валентни електрони два пара атома Си заједно формирају ковалентну везу. Слика 1. Ковалентно везивање атома силицијума Све ковалентне везе су стабилне и нема носилаца за провођење. Овде се унутрашњи полупроводник понаша као изолатор или непроводник. Сада, ако се температура околине приближи собној температури, ковалентне везе почну да се распадају. Тако се електрони из валентне љуске ослобађају да учествују у спровођењу. Што се већи број носача ослобађа за провођење, полуводич се почиње понашати као проводни материјал. Дијаграм енергетског опсега дат у наставку објашњава овај прелазак носилаца из валентног у проводни појас. Дијаграм енергетског појаса Дијаграм енергетског појаса приказан на слици 2 (а) приказује два нивоа, Цондуцтион Банд и Валенце Банд. Простор између два појаса назива се забрањени јаз Слика 2 (а). Дијаграм енергетског опсега Слика Слика 2 (б). Електрони проводљивости и валентног појаса у полупроводнику Када је полупроводнички материјал изложен топлоти или примењеном напону, неколико ковалентних веза пукне, што ствара слободне електроне као што је приказано на слици 2 (б). Ови слободни електрони се узбуђују и добијају енергију да превазиђу забрањени јаз и уђу у проводну зону из валентног појаса. Како електрон напушта валентни појас, оставља иза себе рупу у валентном појасу. У унутрашњем полупроводнику увек ће се створити једнак број електрона и рупа, па он показује електричну неутралност. И електрони и рупе су одговорни за провођење струје у унутрашњем полупроводнику. Шта је екстринзични полупроводник? Екстринзични полупроводник је дефинисан као материјал са додатком нечистоће или допираним полупроводником. Допинг је процес намерног додавања нечистоћа ради повећања броја носача. Коришћени елементи нечистоћа називају се додаци. Како је број електрона и рупа већи у спољашњим проводницима, он показује већу проводљивост од унутрашњих полупроводника. На основу коришћених додатака, спољашњи полупроводници се даље класификују као 'полупроводници Н-типа' и 'полупроводници П-типа'. Полупроводници Н-типа: Полупроводници Н-типа су допирани петовалентним нечистоћама. Петовалентни елементи називају се тако што имају 5 електрона у својој валентној љусци. Примери петовалентне нечистоће су Фосфор (П), Арсен (Ас), Антимон (Сб). Као што је приказано на слици 3, атом лепила успоставља ковалентне везе делећи четири своја валентна електрона са четири суседна атома силицијума. Пети електрон остаје лабаво везан за језгро атома допанта. За ослобађање петог електрона потребно је веома мало енергије јонизације тако да напусти валентни појас и уђе у проводни појас. Петовалентна нечистоћа даје један додатни електрон у решеткасту структуру и стога се назива донаторска нечистоћа.Слика 3. Полупроводник Н-типа са донорском нечистоћом Полупроводници П-типа: Полупроводници П-типа су допирани тровалентним полупроводником. Тровалентне нечистоће имају 3 електрона у својој валентној љусци. Примери тровалентних нечистоћа укључују бор (Б), галијум (Г), индијум (Ин), алуминијум (Ал). Као што је приказано на слици 4, атом лепила успоставља ковалентне везе са само три суседна атома силицијума и у вези са четвртим атомом силицијума настаје рупа или празно место. Рупа делује као позитиван носилац или простор за заузимање електрона. Тако је тровалентна нечистоћа дала позитивну празнину или рупу која може лако прихватити електроне и стога се назива нечистоћа акцептора.  Слика 4. Полупроводник типа П са акцепторском нечистоћом Концентрација носиоца у унутрашњем полупроводникуСвојствена концентрација носача је дефинисана као број електрона по јединици запремине у проводном појасу или број рупа по јединичној запремини у валентном појасу. Због примењеног напона, електрон напушта валентни појас и ствара позитивну рупу на свом месту. Овај електрон даље улази у проводни појас и учествује у провођењу струје. У унутрашњем полупроводнику, електрони генерисани у проводном појасу једнаки су броју рупа у валентном појасу. Због тога је концентрација електрона (н) једнака концентрацији рупе (п) у унутрашњем полупроводнику. Концентрација унутрашњег носача може се дати као: н_и = н = п Где је, н_и: концентрација унутрашњег носача н: концентрација електронског носача п: рупа -концентрација носиоцаПроводљивост унутрашњег полупроводникаКако је унутрашњи полупроводник изложен топлоти или примењеном напону, електрони путују из валентног појаса у проводни појас и остављају позитивну рупу или празно место у валентном појасу. Опет ове рупе испуњавају други електрони јер се више ковалентних веза прекида. Тако електрони и рупе путују у супротном смеру и унутрашњи полупроводник почиње да проводи. Кондуктивност се повећава када се разбије већи број ковалентних веза, па се више електрона отпушта за спровођење. Проводљивост унутрашњег полупроводника изражава се у смислу покретљивости и концентрације носилаца наелектрисања. Изражава се проводљивост унутрашњег полупроводника изражена као: σ_и = н_и е (μ_е+μ_х) Где је σ_и: проводљивост унутрашњег својства полупроводник н_и: унутрашња концентрација носача μ_е: покретљивост електрона μ_х: покретљивост рупа Молимо вас да погледате ову везу да бисте сазнали више о МЦК -овима теорије полупроводника

Остави поруку 

Листа порука