Hvað er Intrinsic Semiconductor og Extrinsic Semiconductor – Orkuband og lyfjamisnotkun?

Hálfleiðari, eins og nafnið gefur til kynna, er eins konar efni sem sýnir eiginleika bæði leiðara og einangrunarefna. Hálfleiðaraefni þarf ákveðna spennu eða hita til að losa burðarefni sín til leiðslu. Þessir hálfleiðarar eru flokkaðir sem „innri“ og „ytri“ miðað við fjölda burðarefna. Innri burðarberinn er hreinasta form hálfleiðara og jafnmargar rafeinda (neikvæðar hleðsluberar) og holur (jákvæðar hleðsluberar). Hálfleiðaraefnin sem mest eru notuð eru sílikon (Si), germaníum (Ge) og gallíumarseníð (GaAs). Leyfðu okkur að rannsaka eiginleika og hegðun þessara tegunda hálfleiðara. Hvað er innri hálfleiðari? Innri hálfleiðara er hægt að skilgreina sem efnafræðilega hreint efni án þess að lyf eða óhreinindum sé bætt við það. Algengustu innri eða hreinu hálfleiðararnir sem til eru eru kísill (Si) og germaníum (Ge). Hegðun hálfleiðarans við að beita ákveðinni spennu er háð frumeindabyggingu hans. Ysta skel bæði kísils og germans hefur fjórar rafeindir hvor. Til að koma á stöðugleika hvert við annað mynda nærliggjandi atóm samgild tengi sem byggjast á samnýtingu gildisrafeinda. Þessi tenging í kristalgrindarbyggingu kísils er sýnd á mynd 1. Hér má sjá að gildisrafeindir tveggja Si atóma parast saman og mynda samgilt tengi. Mynd 1. Samgild tenging kísilatómsins Alls eru samgild tengslin stöðug og engin burðarefni tiltæk fyrir leiðni. Hér hegðar innri hálfleiðari sér sem einangrunarefni eða óleiðari. Nú, ef umhverfishiti kemst nálægt stofuhita, byrja samgildu tengslin að brotna. Þannig losna rafeindirnar úr gildisskelinni til að taka þátt í leiðni. Eftir því sem fleiri burðarefni losna fyrir leiðslu byrjar hálfleiðarinn að haga sér sem leiðandi efni. Orkubandsmyndin sem gefin er hér að neðan útskýrir þessa umskipti burðarefna frá gildissviðinu yfir í leiðnibandið. Orkubandsskýringarmyndin Orkubandsmyndin sem sýnd er á mynd 2(a) sýnir tvö stig, Leiðniband og Valence Band. Bilið á milli hljómsveitanna tveggja er kallað forboðna bilið Mynd 2 (a). Orkubandsmynd Mynd Mynd 2(b). Leiðni og gildisbandsrafeindir í hálfleiðara Þegar hálfleiðara efni verður fyrir hita eða álagðri spennu brotna fáir af samgildu tengjunum, sem myndar frjálsar rafeindir eins og sýnt er á mynd 2 (b). Þessar frjálsu rafeindir verða spenntar og fá orku til að sigrast á forboðnu bilinu og komast inn í leiðnibandið frá gildissviðinu. Þegar rafeindin yfirgefur gildisbandið skilur hún eftir sig gat á gildisbandinu. Í innri hálfleiðara verður alltaf til jafnmargar rafeinda og hola og þess vegna sýnir hann rafhlutleysi. Bæði rafeindir og holur eru ábyrgir fyrir leiðni straums í innri hálfleiðara. Hvað er ytri hálfleiðari? Ytri hálfleiðari er skilgreindur sem efnið með viðbættum óhreinindum eða dópaður hálfleiðari. Lyfjanotkun er ferlið þar sem vísvitandi er bætt við óhreinindum til að fjölga smitberum. Óhreinindin sem notuð eru eru nefnd dópefni. Þar sem fjöldi rafeinda og hola er meiri í ytri leiðara sýnir það meiri leiðni en innri hálfleiðarar. Miðað við lyfjaefnin sem notuð eru eru ytri hálfleiðararnir frekar flokkaðir sem 'N-gerð hálfleiðarar' og 'P-gerð hálfleiðarar'. N-gerð hálfleiðarar: N-gerð hálfleiðarar eru dopaðir með fimmgildum óhreinindum. Fimmgildu frumefnin eru kölluð þannig þar sem þau eru með 5 rafeindir í gildisskelinni sinni. Dæmi um fimmgild óhreinindi eru fosfór (P), arsen (As), antímon (Sb). Eins og sýnt er á mynd 3, myndar dópefnisatómið samgild tengi með því að deila fjórum gildisrafeindum sínum með fjórum nálægum kísilatómum. Fimmta rafeindin er áfram lauslega bundin við kjarna dópefnisatómsins. Mjög minni jónunarorka þarf til að losa fimmtu rafeindina þannig að hún fari út úr gildissviðinu og fari inn í leiðnisviðið. Fimmgilda óhreinindin miðla einni auka rafeind til grindarbyggingarinnar og þess vegna er það kallað gjafaóhreinindi.Mynd 3. Hálfleiðari af N-gerð með óhreinindum í gjafaP-gerð Hálfleiðarar: Hálfleiðarar af P-gerð eru dópaðir með þrígildum hálfleiðurum. Þrígildu óhreinindin eru með 3 rafeindir í gildisskelinni. Dæmi um þrígild óhreinindi eru bór (B), gallíum (G), indíum (In), ál (Al). Eins og sýnt er á mynd 4, myndar dópefnisatómið samgild tengi með aðeins þremur nálægum kísilatómum og gat eða tómarúm myndast í tenginu við fjórða kísilatómið. Gatið virkar sem jákvæður burðarefni eða pláss fyrir rafeindina til að hernema. Þannig hefur þrígilda óhreinindin gefið jákvætt tómarúm eða gat sem getur auðveldlega tekið við rafeindum og þess vegna er það kallað viðtökuóhreinindi.  Mynd 4. P-gerð hálfleiðari með viðtakanda óhreinleika. Styrkur burðar í innri hálfleiðara Innri styrkur burðarefnis er skilgreindur sem fjöldi rafeinda á rúmmálseiningu í leiðnisviðinu eða fjöldi hola á rúmmálseiningu í gildissviðinu. Vegna álagðrar spennu yfirgefur rafeindin gildissviðið og myndar jákvætt gat í staðinn. Þessi rafeind fer frekar inn í leiðnisviðið og tekur þátt í leiðslu straums. Í innri hálfleiðara eru rafeindirnar sem myndast í leiðnisviðinu jöfn fjölda gata í gildissviðinu. Þess vegna er rafeindastyrkur (n) jöfn holustyrk (p) í innri hálfleiðara. Innri styrkur burðarefnis má gefa upp sem:n_i=n=p Þar,n_i: innri styrkur burðarbera n: styrkur rafeindaburðar p : gat -burðarstyrkur Leiðni innri hálfleiðara Þar sem innri hálfleiðarinn verður fyrir hita eða álagðri spennu fara rafeindirnar frá gildissviði til leiðnisviðs og skilja eftir jákvætt gat eða tómarúm í gildissviðinu. Aftur eru þessar holur fylltar af öðrum rafeindum eftir því sem fleiri samgild tengi eru rofin. Þannig ferðast rafeindirnar og holurnar í gagnstæða átt og innri hálfleiðarinn byrjar að leiða. Leiðnin eykst þegar fjöldi samgildra tengja rofna og þar með losna fleiri rafeindir göt til leiðni. Leiðni innri hálfleiðara er gefin upp í skilmálum hreyfanleika og styrks hleðsluberanna. Tjáningin fyrir leiðni innri hálfleiðara er gefin upp sem:σ_i=n_i e(μ_e+μ_h) Þar sem σ_i: leiðni eiginlegs hálfleiðari n_i : innri styrkur burðarbera μ_e: hreyfanleiki rafeinda μ_h: hreyfanleiki hola Vinsamlega vísað á þennan tengil til að vita meira um hálfleiðarafræði MCQs

Skildu eftir skilaboð 

Skilaboðalisti