Hvad er Intrinsic Semiconductor og Extrinsic Semiconductor - Energy Band & Doping?

Halvleder, som navnet antyder, er en slags materiale, hvis egenskaber viser både ledere og isolatorer. Et halvledermateriale kræver et vist niveau af spænding eller varme for at frigive dets bærere til ledning. Disse halvledere er klassificeret som 'iboende' og 'ekstrinsiske' baseret på antallet af bærere. Den iboende bærer er den reneste form for halvleder og et lige antal elektroner (negative ladningsbærere) og huller (positive ladningsbærere). De halvledermaterialer, der er mest udbredt, er Silicon (Si), Germanium (Ge) og Gallium Arsenide (GaAs). Lad os undersøge karakteristika og adfærd for disse typer halvledere. Hvad er en iboende halvleder? Den indre halvleder kan defineres som kemisk rent materiale uden at der tilsættes doping eller urenhed. De mest almindeligt kendte iboende eller rene halvledere, der er tilgængelige, er Silicon (Si) og Germanium (Ge). Halvlederens adfærd ved påføring af en bestemt spænding er afhængig af dens atomstruktur. Den yderste skal af både Silicon og Germanium har fire elektroner hver. At stabilisere hinanden i nærheden af ​​atomer danne kovalente bindinger baseret på deling af valenselektroner. Denne binding i siliciums krystalgitterstruktur er illustreret i figur 1. Her kan det ses, at valenselektronerne af to Si-atomer parrer sig sammen og danner en kovalent binding. Figur 1. Kovalent binding af siliciumatomet Ved alle de kovalente bindinger er stabile, og der er ingen bærere tilgængelige til ledning. Her opfører den iboende halvleder sig som en isolator eller ikke-leder. Nu, hvis den omgivende temperatur kommer tæt på stuetemperaturen for de kovalente bindinger begynder at bryde. Således frigives elektronerne fra valensskallen for at deltage i ledning. Efterhånden som flere antal bærere frigives til ledning, begynder halvlederen at opføre sig som et ledende materiale. Energibåndsdiagrammet nedenfor forklarer denne overgang af bærere fra valensbåndet til ledningsbåndet. Energibåndsdiagrammet Energibåndsdiagrammet vist i figur 2 (a) viser to niveauer, konduktionsbånd og valensbånd. Mellemrummet mellem de to bånd kaldes det forbudte hul Figur 2 (a). Energibånddiagram Figur Figur 2(b). Lednings- og valensbånds elektroner i en halvleder Når et halvledermateriale udsættes for varme eller påført spænding, bryder få af de kovalente bindinger, hvilket genererer frie elektroner som vist i figur 2 (b). Disse frie elektroner bliver ophidsede og får energi til at overvinde det forbudte hul og komme ind i ledningsbåndet fra valensbåndet. Da elektronen forlader valensbånd, efterlader det et hul i valensbåndet. I en iboende halvleder vil der altid blive skabt et lige antal elektroner og huller, og derfor udviser den elektrisk neutralitet. Både elektronerne og hullerne er ansvarlige for ledning af strøm i den iboende halvleder. Hvad er en ydre halvleder? Den ydre halvleder er defineret som materialet med en tilføjet urenhed eller doteret halvleder. Doping er processen med bevidst at tilføje urenheder for at øge antallet af bærere. De anvendte urenhedselementer betegnes som dopemidler. Da antallet af elektroner og huller er større i ekstrinsisk leder, udviser den større ledningsevne end iboende halvledere. Baseret på de anvendte dopemidler klassificeres de ekstrinsiske halvledere yderligere som 'N-type halvleder' og 'P-type halvleder'. N-type Halvledere: N-type halvledere er dopet med femværdige urenheder. De femværdige elementer kaldes, da de har 5 elektroner i deres valensskal. Eksemplerne på femværdig urenhed er fosfor (P), arsen (As), antimon (Sb). Som det er afbildet i figur 3, etablerer dopingatomet kovalente bindinger ved at dele fire af dets valenselektroner med fire tilstødende siliciumatomer. Den femte elektron forbliver løst bundet til kernen af ​​dopingatomet. Der kræves meget mindre ioniseringsenergi for at frigøre den femte elektron, så den forlader valensbåndet og går ind i ledningsbåndet. Den pentavalente urenhed giver en ekstra elektron til gitterstrukturen, og derfor kaldes den som donor -urenhed.Figur 3. Halvleder af N-type med donorforurening P-type Halvledere: P-type halvledere er dopet med den trivalente halvleder. De treværdige urenheder har 3 elektroner i deres valensskal. Eksemplerne på treværdige urenheder inkluderer Bor (B), Gallium (G), Indium (In), Aluminium (Al). Som afbildet i figur 4 etablerer doteringsatomet kovalente bindinger med kun tre tilstødende siliciumatomer, og et hul eller tomrum dannes i bindingen med det fjerde siliciumatom. Hullet fungerer som en positiv bærer eller plads for elektronen til at optage. Således har den treværdige urenhed givet et positivt tomrum eller hul, der let kan acceptere elektroner, og derfor kaldes det en Acceptor -urenhed.  Figur 4. P-type halvleder med acceptorurenheden Bærerkoncentration i indre halvlederDen indre bærerkoncentration er defineret som antallet af elektroner pr. volumenenhed i ledningsbåndet eller antallet af huller pr. volumenenhed i valensbåndet. På grund af den påførte spænding forlader elektronen valensbåndet og skaber et positivt hul i stedet. Denne elektron kommer yderligere ind i ledningsbåndet og deltager i ledning af strøm. I en iboende halvleder er elektronerne genereret i ledningsbåndet lig med antallet af huller i valensbåndet. Derfor er elektronkoncentrationen (n) lig med hulkoncentrationen (p) i en iboende halvleder. Intrinsisk bærerkoncentration kan angives som: n_i = n = p Hvor, n_i: indre bærerkoncentration n: elektron-bærerkoncentration p: hul -bærerkoncentrationConductivity of Intrinsic Semiconductor Da den indre halvleder udsættes for varme eller påført spænding, bevæger elektronerne sig fra valensbånd til ledningsbånd og efterlader et positivt hul eller en ledig plads i valensbåndet. Igen fyldes disse huller af andre elektroner, da mere kovalente bindinger brydes. Således bevæger elektronerne og hullerne sig i den modsatte retning, og den iboende halvleder begynder at lede. Ledningsevnen øges, når et antal kovalente bindinger brydes, hvorved flere elektroner frigives, når huller frigives til ledning. En indre halvleders ledningsevne udtrykkes i termer af mobilitet og koncentration af ladningsbærerne. Udtrykket for ledningsevnen af ​​en iboende halvleder er givet udtrykt som:σ_i=n_i e(μ_e+μ_h) Hvor σ_i: ledningsevne af en iboende halvleder halvleder n_i: iboende bærerkoncentration μ_e: elektroners mobilitet μ_h: hullers mobilitet Se venligst dette link for at vide mere om Semiconductor Theory MCQ'er

Læg en besked 

Message List