Propietat elèctrica d’un material que es troba entre aïllant així com conductor es coneix com a material semiconductor. Els millors exemples de semiconductors són Si i Ge. Els semiconductors es classifiquen en dos tipus: semiconductor intrínsec i semiconductor extrínsec (tipus P i tipus N). El tipus intrínsec és un semiconductor pur, mentre que un tipus extens inclou impureses per fer-ne conductors. A temperatura ambient, la conductivitat dels intrínsecs esdevindrà nul·la, mentre que els extrínsecs seran poc conductors. En aquest article es discuteix una visió general dels aspectes intrínsecs semiconductors i semiconductors extrínsecs amb diagrames de dopatge i banda d'energia.
Què és el semiconductor intrínsec?
Intrínseca semiconductor la definició és que un semiconductor extremadament pur és un tipus intrínsec. Pel que fa al concepte de banda d’energia, la conductivitat d’aquest semiconductor es convertirà en zero a temperatura ambient, com es mostra a la figura següent. Els exemples intrínsecs de semiconductors són Si & Ge.
Semiconductor intrínsec
A l’anterior banda d'energia diagrama, la banda de conducció està buida mentre que la banda de valència s’omple totalment. Un cop augmentada la temperatura, se li pot subministrar una mica d’energia calorífica. De manera que els electrons de la banda de valència s’abasteixen cap a la banda de conducció deixant la banda de valència.
Banda d'energia
El flux d'electrons en arribar des de la valència a la banda de conducció serà aleatori. Els forats formats dins del cristall també poden fluir lliurement per qualsevol lloc. Per tant, el comportament d’aquest semiconductor mostrarà un TCR negatiu ( coeficient de resistència de temperatura ). El TCR significa que, quan augmenta la temperatura, disminuirà la resistivitat del material i augmentarà la conductivitat.
Diagrama de la banda d’energia
Què és Extrinsec Semiconductor?
Per fer que un semiconductor sigui conductor, s’afegeixen algunes impureses que s’anomena semiconductor extrínsec. A temperatura ambient, aquest tipus de semiconductor conduirà un petit corrent, però no és útil per fer-ne una varietat dispositius electrònics . Per tant, perquè el semiconductor sigui conductor, es pot afegir una mica d’impuresa adequada al material mitjançant el procés de dopatge.
Semiconductor extrínsec
Dopatge
El procés d’afegir impuresa a un semiconductor es coneix com a dopatge. La quantitat d'impuresa que s'afegeix al material ha de controlar-se en la preparació de semiconductors extrínsecs. En general, es pot afegir un àtom d’impuresa a 108 àtoms d’un semiconductor.
Afegint la impuresa, el núm. de forats o electrons es pot augmentar per fer-lo conductor. Per exemple, si una impuresa pentavalent inclou 5 electrons de valència que s’afegeixen a un semiconductor pur, llavors el núm. d’electrons existirà. Basant-se en el tipus d’impuresa afegida, el semiconductor extrínsec es pot classificar en dos tipus, com ara el semiconductor de tipus N i el semiconductor de tipus P.
Concentració de portadors en semiconductors intrínsecs
En aquest tipus de semiconductors, una vegada que els electrons de valència danyin l’enllaç covalent i es desplacen cap a la banda de conducció, es generaran dos tipus de portadors de càrrega, com ara forats i electrons lliures.
El núm. d’electrons per a cada unitat de volum dins de les bandes de conducció en cas contrari el núm. de forats per a cada unitat de volum dins de la banda de valència es coneix com a concentració de portador en un semiconductor intrínsec. De la mateixa manera, la concentració de portador d'electrons es pot definir com el no. d’electrons per a cada unitat de volum dins de la banda de conducció mentre que el núm. de forats per a cada unitat de volum dins de la banda de valència es coneix com a concentració de portador de forats.
En tipus intrínsec, els electrons que es generen dins de la banda de conducció poden ser equivalents al no. de forats que es generen dins de la banda de valència. Per tant, la concentració de portadors d'electrons equival a la concentració de portadors de forats. Per tant, es pot donar com
ni = n = p
On 'n' és la concentració de portador d'electrons, 'P' és la concentració del portador del forat i 'ni' és la concentració de portador intrínsec
A la banda de valència, la concentració del forat es pot escriure com
P = Nv e - (EF-ÉSV) / TOBT
A la banda de conducció, la concentració d'electrons es pot escriure com
N = P = Nc e - (EC-ÉSF) / TOBT
A l’equació anterior, ‘KB’ és la constant de Boltzmann
‘T’ és la temperatura total d’un semiconductor de tipus intrínsec
'Nc' és la densitat eficient dels estats dins de la banda de conducció.
'Nv' és la densitat eficient dels estats dins de la banda de valència.
La conductivitat del semiconductor intrínsec
El comportament d’aquest semiconductor és com un aïllant perfecte a zero graus de temperatura. Com que a aquesta temperatura, la banda de conducció està buida, la banda de valència està plena i, per a la conducció, no hi ha portadors de càrrega. No obstant això, a temperatura ambient, l'energia tèrmica pot ser suficient per fer un no enorme. de parells electró-forat. Sempre que s’aplica un camp elèctric a un semiconductor, el flux d’electrons hi serà a causa del moviment dels electrons dins d’una direcció i els forats dins la direcció inversa
Per a un metall, la densitat de corrent serà J = nqEµ
La densitat de corrent dins d’un semiconductor pur a causa del flux de forats i electrons es pot donar com a
Jn = nqEμn
Jp = pqEµpàg
En les equacions anteriors, 'n' és la concentració d'electrons i 'q' és la càrrega del forat / electró, 'p' és la concentració de forats, 'E' és el camp elèctric aplicat, 'µ'n és el mobilitat electrònica i ‘µ’p és la mobilitat dels forats.
La densitat de tot el corrent és
J = Jn + Jp
= nqEµn+ pqEµpàg
Jo =qE (nµn+ pµpàg)
On J = σE, llavors l'equació serà
σE ==qE (nµn+ pµpàg)
σ = q (nµn+ pµpàg)
Aquí ‘σ’ és la conductivitat del semiconductor
El núm. d’electrons són iguals al núm. de forats al semiconductor pur, així que n = p = ni
'Ni' és la concentració portadora de material intrínsec, per tant
J =q (niµn+ niµpàg)
La conductivitat semiconductora pura serà
σ=q (niµn+ niµpàg)
σ=qni (µn+ µpàg)
Per tant, la conductivitat del semiconductor pur depèn principalment de la mobilitat dels semiconductors intrínsecs, dels electrons i dels forats.
Preguntes freqüents
1). Què és un semiconductor intrínsec i extrínsec?
El tipus pur de semiconductor és el tipus intrínsec, mentre que l'extrínsec és el semiconductor en el qual es poden afegir impureses per fer-lo conductor.
2). Quins són els exemples de tipus intrínsec?
Són silici i germani
3). Quins són els tipus de semiconductors extrínsecs?
Són semiconductors tipus P i tipus N
4) .Per què s’utilitzen semiconductors extrínsecs en la fabricació d’electrònica?
Com que la conductivitat elèctrica del tipus extrínsec és elevada en comparació amb la intrínseca. Per tant, són aplicables en el disseny de transistors, díodes, etc.
5). Quina és la conductivitat dels intrínsecs?
En un semiconductor, les impureses i defectes estructurals tenen una concentració extremadament baixa. Es coneix com conductivitat intrínseca.
Per tant, es tracta d’un visió general del semiconductor intrínsec i Semiconductor extrínsec i diagrama de bandes d'energia amb dopatge. Aquí teniu una pregunta, quina és la temperatura intrínseca?
