המאפיין החשמלי של חומר שנמצא בין מְבַדֵד בנוסף ל נהג ידוע כחומר מוליך למחצה. הדוגמאות הטובות ביותר למוליכים למחצה הן Si ו- Ge. מוליכים למחצה מסווגים לשני סוגים כלומר מוליכים למחצה פנימיים ומוליכים למחצה חיצוניים (מסוג P ו- N). הסוג הפנימי הוא סוג טהור של מוליכים למחצה ואילו סוג נרחב כולל זיהומים כדי להוליך. בטמפרטורת החדר, המוליכות של הפנימיות תהפוך לאפס ואילו החיצוני יהפוך למוליך מעט. מאמר זה דן בסקירה כללית על פנימיות מוליכים למחצה ומוליכים למחצה חיצוניים עם תרשימי סימום ופס אנרגיה.

מהו מוליכים למחצה פנימיים?

פְּנִימִי מוֹלִיך לְמֶחֱצָה ההגדרה היא, מוליך למחצה שהוא טהור ביותר הוא טיפוס מהותי. על פי מושג פס האנרגיה, המוליכות של מוליך למחצה זה תהפוך לאפסית בטמפרטורת החדר שמוצגת באיור הבא. הדוגמאות המוליכות למחצה הפנימיות הן Si & Ge.

מוליכים למחצה פנימיים

באמור לעיל רצועת אנרגיה בתרשים, רצועת ההולכה ריקה ואילו רצועת הערכיות מלאה לחלוטין. לאחר שהטמפרטורה מוגברת, ניתן לספק לה אנרגיית חום מסוימת. אז האלקטרונים מפס הערכיות מסופקים לכיוון רצועת ההולכה על ידי עזיבת רצועת הערכיות.

“כיצד להכין רובוט עוקב קו ”

להקת אנרגיה

זרימת האלקטרונים בעת הגעה מערכיות לרצועת ההולכה תהיה אקראית. החורים שנוצרו בתוך הגביש יכולים גם לזרום לכל מקום בחופשיות. אז ההתנהגות של מוליכים למחצה זו תראה TCR שלילי ( מקדם התנגדות לטמפרטורה ). ה- TCR פירושו שכאשר הטמפרטורה עולה, התנגדות החומר תפחת והמוליכות תוגדל.

דיאגרמת להקת אנרגיה

מהו אקסטרינסיק מוליך?

כדי להפוך מוליך למחצה כמו מוליך, אז מתווספים זיהומים מסוימים הנקראים מוליכים למחצה חיצוניים. בטמפרטורת החדר, סוג כזה של מוליכים למחצה יוליך זרם קטן עם זאת, זה לא מועיל בייצור מגוון של מכשירים אלקטרוניים . לכן, כדי להפוך את המוליך למחצה למוליך, ניתן להוסיף לחומר כמות קטנה של טומאה מתאימה באמצעות תהליך הסמים.

מוליכים למחצה אקסטרינסית

סימום

תהליך הוספת טומאה למוליכים למחצה מכונה סימום. על כמות הטומאה שמוסיפים לחומר לשלוט בהכנת מוליכים למחצה החיצוניים. באופן כללי ניתן להוסיף אטום טומאה אחד ל -108 אטומים של מוליכים למחצה.

על ידי הוספת הטומאה, לא. של חורים או אלקטרונים ניתן להגדיל כדי להפוך אותו למוליך. לדוגמא, אם טומאה מחומשת כוללת 5 אלקטרונים ערכיים המתווספים למוליך למחצה טהור אז המס. של אלקטרונים יהיה קיים. בהתבסס על סוג הטומאה שנוסף, ניתן לסווג את המוליך למחצה החיצוני לשני סוגים כמו מוליכים למחצה מסוג N ומוליכים למחצה מסוג P.

ריכוז מנשא במוליכים למחצה פנימיים

בסוג זה של מוליכים למחצה, ברגע שאלקטרוני הערכיות פוגעים בקשר הקוולנטי ועוברים לרצועת ההולכה, ייווצרו שני סוגים של נושאי מטען כמו חורים ואלקטרונים חופשיים.
הלא. של אלקטרונים לכל נפח יחידה בתוך רצועות ההולכה אחרת המס '. חורים לכל נפח יחידה ברצועת הערכיות מכונה ריכוז נשא במוליך למחצה פנימי. באופן דומה, ניתן להגדיר ריכוז מוביל אלקטרונים כלא. של אלקטרונים לכל נפח יחידה בתוך רצועת ההולכה ואילו המס '. חורים לכל נפח יחידה ברצועת הערכיות מכונה ריכוז נשא חור.

בסוג מהותי, האלקטרונים שנוצרים בתוך רצועת ההולכה יכולים להיות שווה למספר. של חורים שנוצרים בתוך רצועת הערכיות. לכן ריכוז מנשאי האלקטרונים שווה ערך לריכוז נושא החור. אז אפשר לתת את זה כ

ni = n = p

כאשר 'n' הוא ריכוז נשא האלקטרונים, 'P' הוא ריכוז נשא החור ו- 'ni' הוא ריכוז הנושא הפנימי

ברצועת הערכיות ניתן לכתוב את ריכוז החור כ-

P = Nv e - (E_F-IS_ו)/ל_בט

ברצועת ההולכה ניתן לכתוב את ריכוז האלקטרון כ-

N = P = Nc e - (E_ג-IS_F)/ל_בט

במשוואה הנ'ל, 'KB' הוא הקבוע של בולצמן

'T' היא הטמפרטורה הכוללת של מוליכים למחצה מסוג פנימי

'Nc' הוא הצפיפות היעילה של מצבים בתוך רצועת ההולכה.

'Nv' הוא הצפיפות היעילה של מצבים בתחום הערכיות.

מוליכות של מוליכים למחצה פנימיים

ההתנהגות של מוליכים למחצה זו היא כמו מבודד מושלם בטמפרטורה של אפס מעלות. מכיוון שבטמפרטורה זו, רצועת ההולכה ריקה, רצועת הערכיות מלאה ועל ההולכה אין נושאי מטען. עם זאת, בטמפרטורת החדר, האנרגיה התרמית יכולה להספיק בכדי לגרום למספר עצום. של זוגות חורי אלקטרונים. בכל פעם ששדה חשמלי מוחל על מוליך למחצה ואז זרימת אלקטרונים תהיה שם בגלל תנועת האלקטרונים לכיוון אחד וחורים בכיוון ההפוך

עבור מתכת, צפיפות הזרם תהיה J = nqEµ

ניתן לתת את צפיפות הזרם בתוך מוליך למחצה טהור בגלל זרימת החורים והאלקטרונים כ-

Jn = nqEµ_נ

Jp = pqEµ_{עמ '}

במשוואות לעיל, 'n' הוא ריכוז האלקטרונים ו- 'q' הוא המטען על החור / האלקטרון, 'p' הוא ריכוז החורים, 'E' הוא השדה החשמלי המופעל, 'µ'n הוא ניידות אלקטרונים ו- 'µ'p הוא ניידות החורים.

צפיפות הזרם כולו היא

J = Jn + Jp

= nqEµ_נ+ pqEµ_{עמ '}

אני =qE (nµ_נ+ pµ_{עמ '})

איפה J = σE, אז המשוואה תהיה

σE ==qE (nµ_נ+ pµ_{עמ '})

σ = q (nµ_נ+ pµ_{עמ '})

כאן 'σ' הוא המוליכות של מוליכים למחצה

הלא. של אלקטרונים שווים ל- no. של חורים במוליכים למחצה הטהורים אז n = p = ni

'ני' הוא ריכוז המוביל של חומר מהותי, כך

י =q (niµ_נ+ niµ_{עמ '})

מוליכות המוליכים למחצה הטהורים תהיה