Што такое ўнутраны паўправаднік і знешні паўправаднік - энергетычная паласа і допінг?

Паўправаднік, як вынікае з назвы, з'яўляецца своеасаблівым матэрыялам, які паказвае ўласцівасці як праваднікоў, так і ізалятараў. Паўправадніковы матэрыял патрабуе пэўнага ўзроўню напружання або цяпла, каб вызваліць свае носьбіты для правядзення. Гэтыя паўправаднікі класіфікуюцца як «уласныя» і «вонкавыя» у залежнасці ад колькасці носьбітаў. Унутраны носьбіт - гэта найчыстая форма паўправадніка і роўная колькасць электронаў (адмоўныя носьбіты зараду) і дзіркі (дадатныя носьбіты зарада). Найбольш паўсюдна выкарыстоўваюцца паўправадніковыя матэрыялы - крэмній (Si), германій (Ge) і арсенід галію (GaAs). Давайце вывучым характарыстыкі і паводзіны гэтых тыпаў паўправаднікоў. Што такое ўласцівы паўправаднік? Унутраны паўправаднік можна вызначыць як хімічна чысты матэрыял без усялякага легіравання або прымешак. Найбольш вядомыя ўласцівыя або чыстыя паўправаднікі - гэта крэмній (Si) і германій (Ge). Паводзіны паўправадніка пры падачы пэўнага напружання залежаць ад яго атамнай структуры. Самая вонкавая абалонка крэмнія і германія мае па чатыры электрона. Для стабілізацыі адзін аднаго атамы, якія знаходзяцца побач, утвараюць кавалентныя сувязі, заснаваныя на сумесным выкарыстанні валентных электронаў. Гэта сувязь у структуры крышталічнай рашоткі крэмнія ілюструецца на малюнку 1. Тут відаць, што валентныя электроны двух пар атамаў Si разам утвараюць кавалентную сувязь. Малюнак 1. Кавалентная сувязь атама крэмнія Пры ўсіх кавалентных сувязях устойлівы, і носьбіты для правядзення не даступныя. Тут уласны паўправаднік паводзіць сябе як ізалятар або неправаднік. Цяпер, калі тэмпература навакольнага асяроддзя набліжаецца да пакаёвай тэмпературы, кавалентныя сувязі пачынаюць разбурацца. Такім чынам, электроны з валентнай абалонкі вызваляюцца для ўдзелу ў праводнасці. Па меры павелічэння колькасці носьбітаў для правядзення паўправаднік пачынае паводзіць сябе як праводзіць матэрыял. Дыяграма энергетычных зон, прыведзеная ніжэй, тлумачыць гэты пераход носьбітаў з валентнай зоны ў зону праводнасці. Прастора паміж дзвюма палосамі называецца забароненым зазорам Малюнак 2 (а). Дыяграма дыяпазону энергіі Малюнак Малюнак 2 (б). Электроны зоны праводнасці і валентнасці ў паўправадніку Калі паўправадніковы матэрыял падвяргаецца нагрэву або прыкладзенаму напружанню, некалькі кавалентных сувязей разрываюцца, што стварае свабодныя электроны, як паказана на малюнку 2 (б). Гэтыя свабодныя электроны ўзбуджаюцца і набіраюць энергію, каб пераадолець забаронены зазор і ўвайсці ў зону праводнасці з валентнай зоны. Калі электрон выходзіць з валентнай зоны, ён пакідае дзірку ў валентнай зоне. Ва ўнутраным паўправадніку заўсёды будзе стварацца аднолькавая колькасць электронаў і дзірак, а значыць, ён праяўляе электрычную нейтральнасць. Электроны і адтуліны адказваюць за правядзенне току ва ўнутраным паўправадніку. Допінг - гэта працэс наўмыснага дадання прымешак для павелічэння колькасці носьбітаў. Выкарыстоўваюцца прымешкі прымешкі называюцца легаванымі рэчывамі. Паколькі колькасць электронаў і дзірак у вонкавым правадніку большае, ён праяўляе большую праводнасць, чым уласцівыя паўправаднікі. Зыходзячы з выкарыстаных прысадак, вонкавыя паўправаднікі дадаткова класіфікуюцца як "паўправаднікі N-тыпу" і "паўправаднікі P-тыпу". Паўправаднікі N-тыпу: паўправаднікі N-тыпу легуюцца пяцівалентнымі прымесямі. Пяцівалентныя элементы называюцца так, як яны маюць 5 электронаў у сваёй валентнай абалонцы. Прыкладамі пяцівалентных прымешак з'яўляюцца фосфар (P), мыш'як (As), сурма (Sb). Як паказана на малюнку 3, прымешка атама ўсталёўвае кавалентныя сувязі, падзяляючы чатыры свае валентныя электроны з чатырма суседнімі атамамі крэмнія. Пяты электрон застаецца няшчыльна звязаным з ядром легаванага атама. Каб вызваліць пяты электрон так, каб ён выходзіў з зоны валентнасці і трапляў у зону праводнасці, патрабуецца вельмі меншая энергія іянізацыі. Пяцівалентная прымесь надае аднаму дадатковаму электрону рашэцістую структуру, таму яе называюць донарскай прымешкай.Малюнак 3. Паўправаднік N-тыпу з донарскай прымешкай Паўправаднікі P-тыпу: Паўправаднікі P-тыпу легаваныя трохвалентным паўправадніком. У трохвалентнай прымесі ў валентнай абалонцы ёсць 3 электрона. Прыклады трохвалентных прымешак ўключаюць бор (B), галій (G), індый (In), алюміній (Al). Як паказана на малюнку 4, прымешка атома ўсталёўвае кавалентныя сувязі толькі з трыма суседнімі атамамі крэмнія, і ў сувязі з чацвёртым атамам крэмнія ўтвараецца дзірка або вакансія. Адтуліна дзейнічае як станоўчы носьбіт або месца для заняткаў электронам. Такім чынам, трохвалентная прымешка дала станоўчую вакансію або дзірку, якая лёгка прымае электроны, і таму яна называецца прымешкай -акцэптарам.  Малюнак 4. Паўправаднік P-тыпу з акцэптарнай прымешкай Канцэнтрацыя носьбіта ва ўласным паўправадніку Унутраная канцэнтрацыя носьбіта вызначаецца як колькасць электронаў на адзінку аб'ёму ў зоне праводнасці або колькасць адтулін на адзінку аб'ёму ў валентнай зоне. З -за прыкладзенага напружання электрон пакідае валентную зону і стварае на сваім месцы дадатную дзірку. Гэты электрон далей трапляе ў зону праводнасці і прымае ўдзел у правядзенні току. Ва ўнутраным паўправадніку электроны, генерыраваныя ў зоне праводнасці, роўныя колькасці дзірак у валентнай зоне. Таму канцэнтрацыя электронаў (n) роўная канцэнтрацыі дзіркі (p) ва ўнутраным паўправадніку. Уласную носьбіт носьбіта можна прывесці як: n_i = n = p Дзе, n_i: канцэнтрацыя ўласнага носьбіта n: канцэнтрацыя носьбіта электрона p: адтуліна -канцэнтрацыя носьбітаў Праводнасць уласнага паўправадніка Паколькі ўнутраны паўправаднік падвяргаецца нагрэву або прыкладзенаму напрузе, электроны пераходзяць ад валентнай зоны да зоны праводнасці і пакідаюць дадатную дзірку або вакансію ў валентнай зоне. Зноў гэтыя дзіркі запаўняюцца іншымі электронамі, паколькі больш кавалентных сувязей разрываюцца. Такім чынам, электроны і дзіркі рухаюцца ў процілеглым кірунку, і ўласны паўправаднік пачынае праводзіць. Праводнасць павялічваецца пры разрыве шэрагу кавалентных сувязяў, тым самым у электронах адлучаецца больш электронаў. Праводнасць уласнага паўправадніка выражаецца ў выглядзе рухомасці і канцэнтрацыі носьбітаў зараду. Выраз для праводнасці ўласнага паўправадніка даецца ў выглядзе: σ_i = n_i e (μ_e+μ_h) Дзе σ_i: праводнасць уласнага паўправаднік n_i: уласная канцэнтрацыя носьбітаў μ_e: рухомасць электронаў μ_h: рухомасць дзірак Калі ласка, звярніцеся па гэтай спасылцы, каб даведацца больш пра MCQ тэорыі паўправаднікоў

Пакінь паведамленне 

спіс паведамленняў