Thuộc tính điện của vật liệu nằm giữa chất cách điện cũng như người lái xe được biết đến như một vật liệu bán dẫn. Ví dụ tốt nhất về chất bán dẫn là Si và Ge. Chất bán dẫn được phân thành hai loại cụ thể là chất bán dẫn bên trong và chất bán dẫn bên ngoài (loại P và loại N). Loại nội tại là loại bán dẫn tinh khiết trong khi loại mở rộng bao gồm các tạp chất để làm dẫn điện. Ở nhiệt độ phòng, độ dẫn điện của nội tại sẽ bằng không trong khi ngoại tại sẽ trở nên ít dẫn điện. Bài viết này thảo luận về tổng quan về nội tại chất bán dẫn và chất bán dẫn bên ngoài có pha tạp và biểu đồ dải năng lượng.
Chất bán dẫn nội tại là gì?
Nội tại chất bán dẫn định nghĩa là, chất bán dẫn cực kỳ tinh khiết là một loại nội tại. Theo khái niệm dải năng lượng, độ dẫn của chất bán dẫn này sẽ trở thành 0 ở nhiệt độ phòng, được thể hiện trong hình sau. Các ví dụ bán dẫn nội tại là Si & Ge.
Chất bán dẫn nội tại
Ở trên dải năng lượng biểu đồ, vùng dẫn trống trong khi vùng hóa trị được lấp đầy hoàn toàn. Khi nhiệt độ được tăng lên, một số nhiệt năng có thể được cung cấp cho nó. Vì vậy, các điện tử từ vùng hóa trị được cung cấp về phía vùng dẫn bằng cách rời khỏi vùng hóa trị.
Dải năng lượng
Dòng electron trong khi đạt từ hóa trị đến vùng dẫn sẽ là ngẫu nhiên. Các lỗ hình thành bên trong tinh thể cũng có thể chảy tự do đến bất cứ đâu. Vì vậy, hoạt động của chất bán dẫn này sẽ hiển thị TCR âm ( hệ số nhiệt độ của điện trở ). TCR có nghĩa là, khi nhiệt độ tăng, điện trở suất của vật liệu sẽ giảm và độ dẫn điện sẽ tăng lên.
Sơ đồ dải năng lượng
Chất bán dẫn ngoại là gì?
Để làm cho một chất bán dẫn giống như dẫn điện, sau đó một số tạp chất được thêm vào được gọi là chất bán dẫn bên ngoài. Ở nhiệt độ phòng, loại chất bán dẫn này sẽ dẫn một dòng điện nhỏ, tuy nhiên, nó không hữu ích trong việc tạo ra nhiều loại các thiết bị điện tử . Do đó, để làm cho chất bán dẫn dẫn điện, có thể thêm một ít tạp chất thích hợp vào vật liệu thông qua quá trình pha tạp.
Chất bán dẫn bên ngoài
Doping
Quá trình thêm tạp chất vào chất bán dẫn được gọi là pha tạp chất. Lượng tạp chất được thêm vào vật liệu phải được kiểm soát trong quá trình chuẩn bị chất bán dẫn bên ngoài. Nói chung, một nguyên tử tạp chất có thể được thêm vào 108 nguyên tử của chất bán dẫn.
Bằng cách thêm tạp chất, không. lỗ trống hoặc electron có thể được tăng lên để làm cho nó dẫn điện. Ví dụ, nếu tạp chất Pentavalent bao gồm 5 điện tử hóa trị được thêm vào chất bán dẫn tinh khiết thì không. của các electron sẽ tồn tại. Dựa trên loại tạp chất được thêm vào, chất bán dẫn bên ngoài có thể được phân thành hai loại như chất bán dẫn loại N và chất bán dẫn loại P.
Nồng độ sóng mang trong chất bán dẫn nội tại
Trong loại chất bán dẫn này, một khi các điện tử hóa trị làm hỏng liên kết cộng hóa trị & di chuyển vào vùng dẫn thì hai loại hạt tải điện sẽ được tạo ra như lỗ trống và điện tử tự do.
Không. của các điện tử cho mỗi đơn vị thể tích trong các vùng dẫn nếu không thì không. các lỗ trống cho mỗi đơn vị thể tích trong vùng hóa trị được gọi là nồng độ hạt tải điện trong chất bán dẫn nội tại. Tương tự, nồng độ hạt tải điện tử có thể được định nghĩa là không. của các điện tử cho mỗi đơn vị thể tích trong vùng dẫn trong khi không. lỗ trống cho mỗi đơn vị thể tích trong vùng hóa trị được gọi là nồng độ hạt tải điện lỗ trống.
Trong loại nội tại, các điện tử được tạo ra trong vùng dẫn có thể tương đương với không. lỗ trống được tạo ra trong vùng hóa trị. Do đó nồng độ của hạt tải điện tương đương với nồng độ của hạt tải điện lỗ trống. Vì vậy, nó có thể được đưa ra là
ni = n = p
Trong đó ‘n’ là nồng độ của hạt tải điện, ‘P’ là nồng độ của hạt tải điện của lỗ trống & ‘ni’ là nồng độ của hạt tải điện nội tại
Trong vùng hóa trị, nồng độ của lỗ trống có thể được viết là
P = Nv e - (EF-LÀV)/ĐẾNBT
Trong vùng dẫn, nồng độ của điện tử có thể được viết là
N = P = Nc e - (EC-LÀF)/ĐẾNBT
Trong phương trình trên, ‘KB’ là hằng số Boltzmann
‘T’ là tổng nhiệt độ của chất bán dẫn loại bên trong
‘Nc’ là mật độ hiệu quả của các trạng thái trong vùng dẫn.
‘Nv’ là mật độ hiệu quả của các trạng thái trong vùng hóa trị.
Độ dẫn điện của chất bán dẫn bên trong
Hoạt động của chất bán dẫn này giống như một chất cách điện hoàn hảo ở nhiệt độ 0 độ. Vì ở nhiệt độ này, vùng dẫn trống, vùng hóa trị đầy và để dẫn điện thì không có hạt tải điện. Tuy nhiên, ở nhiệt độ phòng, nhiệt năng có thể đủ để tạo ra một số không lớn. của các cặp electron - lỗ trống. Bất cứ khi nào một điện trường được áp dụng cho một chất bán dẫn và khi đó dòng điện tử sẽ ở đó do sự chuyển động của các điện tử theo một hướng & lỗ trống theo hướng ngược lại
Đối với một kim loại, mật độ dòng điện sẽ là J = nqEµ
Mật độ dòng điện trong chất bán dẫn tinh khiết do dòng chảy của lỗ trống & electron có thể được cho là
Jn = nqEµn
Jp = pqEµp
Trong các phương trình trên, ‘n’ là nồng độ của electron và ‘q’ là điện tích trên lỗ trống / electron, ‘p’ là nồng độ của các lỗ trống, ‘E’ là điện trường tác dụng, ‘µ’n là tính linh động của điện tử và ‘µ’p là độ linh động của các lỗ.
Mật độ của cả dòng điện là
J = Jn + Jp
= nqEµn+ pqEµp
Tôi =qE (nµn+ pµp)
Trong đó J = σE, thì phương trình sẽ là
σE ==qE (nµn+ pµp)
σ = q (nµn+ pµp)
Ở đây ‘σ’ là độ dẫn điện của chất bán dẫn
Không. của các electron bằng với số không. lỗ trống trong chất bán dẫn tinh khiết nên n = p = ni
'Ni' là nồng độ hạt tải điện của vật chất nội tại, vì vậy
J =q (niµn+ niµp)
Độ dẫn điện của chất bán dẫn tinh khiết sẽ là
σ=q (niµn+ niµp)
σ=qni (µn+ µp)
Vì vậy độ dẫn điện của chất bán dẫn tinh khiết chủ yếu phụ thuộc vào tính linh động của chất bán dẫn và electron & lỗ trống nội tại.
Câu hỏi thường gặp
1). Chất bán dẫn bên trong và bên ngoài là gì?
Loại chất bán dẫn tinh khiết là loại bên trong trong khi loại bên ngoài là loại chất bán dẫn trong đó các tạp chất có thể được thêm vào để làm cho nó dẫn điện.
2). Các ví dụ về kiểu nội tại là gì?
Chúng là Silicon và germani
3). Các loại chất bán dẫn bên ngoài là gì?
Chúng là chất bán dẫn loại P và loại N
4) Tại sao chất bán dẫn bên ngoài được sử dụng trong sản xuất điện tử?
Bởi vì độ dẫn điện của loại bên ngoài cao hơn so với bên trong. Vì vậy, chúng được áp dụng trong thiết kế bóng bán dẫn, điốt, v.v.
5). Độ dẫn của nội tại là gì?
Trong chất bán dẫn, các tạp chất & khuyết tật cấu trúc có nồng độ cực thấp được gọi là độ dẫn nội tại.
Vì vậy, đây là tất cả về một tổng quan về Chất bán dẫn nội tại và Chất bán dẫn ngoại lai và biểu đồ dải năng lượng có pha tạp chất. Đây là một câu hỏi dành cho bạn, nhiệt độ của nội tại là gì?
