lärande mål
- jämför N-typ och P-typ halvledare, skilja dem från halvledare och isolatorer med bandteori.
nyckelpunkter
- inneboende halvledare består av endast en typ av material.,
- extrinsiska halvledare är gjorda av inneboende halvledare som har fått andra ämnen tillsatta till dem för att ändra deras egenskaper (de har blivit dopade med ett annat element).
- Det finns två typer av extrinsiska halvledare: p-typ (P för positiv: ett hål har lagts till genom dopning med ett grupp-III-element) och n-typ (n för negativ: en extra elektron har lagts till genom dopning med ett grupp-V-element).,
termer
- halvledare ämne med elektriska egenskaper mellan en bra ledare och de av en bra isolator
- ledare som kan överföra el, värme, ljus eller ljud
- dopeddescribing en halvledare som har haft små mängder element som lagts till för att skapa laddningsbärare
halvledare är material som har egenskaper hos både normala ledare och isolatorer. – herr talman!, Halvledare faller i två breda kategorier:
- inneboende halvledare består av endast en typ av material; kisel och germanium är två exempel. Dessa kallas också ”undoped semiconductors” eller ” I-type semiconductors. ”
- extrinsiska halvledare är å andra sidan inneboende halvledare med andra ämnen som tillsätts för att ändra deras egenskaper — det vill säga de har blivit dopade med ett annat element.,
inneboende halvledare
i de klassiska kristallina halvledarna kan elektroner endast ha energi inom vissa band (intervall av energinivåer). Energin i dessa band är mellan energin i marken staten och den fria elektronenergin (den energi som krävs för en elektron att fly helt från materialet). Energibanden motsvarar ett stort antal diskreta kvanttillstånd hos elektronerna. De flesta stater med låg energi (närmare kärnan) är upptagna, upp till ett visst band som kallas valensbandet.,
halvledare och isolatorer skiljer sig från metaller av befolkningen av elektroner i varje band. Valensbandet i en viss metall är nästan fyllt med elektroner under vanliga förhållanden. I halvledare finns endast några elektroner i ledningsbandet strax ovanför valensbandet, och en isolator har nästan inga fria elektroner.
halvledare och isolatorer utmärks ytterligare av det relativa bandgapet. I halvledare är bandgapet litet, vilket gör det möjligt för elektroner att fylla ledningsbandet. I isolatorer är den stor, vilket gör det svårt för elektroner att strömma genom ledningsbandet.
Extrinsic Semiconductors
namnet ”extrinsic semiconductor” kan vara lite vilseledande., Medan isoleringsmaterial kan dopas för att bli halvledare, kan inneboende halvledare också dopas, vilket resulterar i en extrinsisk halvledare. Det finns två typer av extrinsiska halvledare som härrör från dopning: atomer som har en extra elektron (N-typ för negativ, från grupp V, såsom fosfor) och atomer som har en färre elektron (p-typ för positiv, från grupp III, såsom bor).
vid halvledarproduktion introducerar dopning avsiktligt föroreningar i en extremt ren eller inneboende halvledare för att ändra dess elektriska egenskaper., Föroreningarna beror på typen av halvledare. Lätt och måttligt dopade halvledare kallas extrinsic. När en halvledare dopas till en så hög nivå att den fungerar mer som en ledare än en halvledare, kallas den degenererad.
halvledare av N-typ
halvledare av N-typ är en typ av extraledningselektroner i vilken dopantatomerna kan tillhandahålla extra ledningselektroner till värdmaterialet (t.ex. fosfor i kisel). Detta skapar ett överskott av negativa (n-typ) elektronladdningsbärare.,
Dopingatom har vanligtvis en mer valenselektron än en typ av värdatomer. Det vanligaste exemplet är atomersättning i grupp-IV fasta ämnen av grupp-V-element. Situationen är mer osäker när värden innehåller mer än en typ av atom., Till exempel, I III-V halvledare som galliumarsenid, kan kisel vara en givare när den ersätter gallium eller en acceptor när den ersätter arsenik. Vissa givare har färre valenselektroner än värden, såsom alkalimetaller, som är givare i de flesta fasta ämnen.
halvledare av p-typ
en halvledare av p-typ (P för ”positiv”) skapas genom att lägga till en viss typ av atom i halvledaren för att öka antalet fria laddningsbärare. När dopningsmaterialet tillsätts tar det bort (accepterar) svagt bundna yttre elektroner från halvledaratomerna., Denna typ av dopningsmedel är också känd som ett acceptormaterial, och den lediga platsen som lämnas av elektronen är känd som ett hål. Syftet med dopning av p-typ är att skapa ett överflöd av hål.
När det gäller kisel ersätts en trivalent atom i kristallgitteret., Resultatet är att en elektron saknas från en av de fyra kovalenta bindningarna som normalt ingår i kiselgitteret. Därför kan dopant-atomen acceptera en elektron från en angränsande atoms kovalenta bindning för att slutföra den fjärde bindningen. Det är därför dessa dopanter kallas acceptorer.
När dopant-atomen accepterar en elektron, orsakar detta förlusten av hälften av en bindning från den närliggande atomen, vilket resulterar i bildandet av ett hål. Varje hål är förknippat med en närliggande negativt laddad dopantjon, och halvledaren förblir elektriskt neutral övergripande., Men när varje hål har vandrat bort i gallret, kommer en proton i atomen på hålets plats att ”exponeras” och inte längre avbrytas av en elektron. Denna atom kommer att ha tre elektroner och ett hål som omger en viss kärna med fyra protoner.
av denna anledning fungerar ett hål som en positiv laddning. När ett tillräckligt stort antal acceptoratomer tillsätts, är hålen i hög grad fler än termiskt upphetsade elektroner. Således är hål de flesta bärare, medan elektroner blir minoritetsbärare i material av p-typ.