Intrinsic Semiconductor และ Extrinsic Semiconductor คืออะไร - Energy Band & Doping?

เซมิคอนดักเตอร์ตามชื่อคือวัสดุชนิดหนึ่งที่แสดงคุณสมบัติของทั้งตัวนำและฉนวน วัสดุเซมิคอนดักเตอร์ต้องการแรงดันไฟฟ้าหรือความร้อนในระดับหนึ่งเพื่อปล่อยตัวพาเพื่อนำไฟฟ้า เซมิคอนดักเตอร์เหล่านี้จัดอยู่ในประเภท 'ภายใน' และ 'ภายนอก' ตามจำนวนตัวพา สารพาหะที่แท้จริงคือรูปแบบที่บริสุทธิ์ที่สุดของเซมิคอนดักเตอร์และมีจำนวนอิเล็กตรอนเท่ากัน (พาหะประจุลบ) และรู (พาหะประจุบวก) เท่ากัน วัสดุเซมิคอนดักเตอร์ที่ใช้อย่างสุดซึ้ง ได้แก่ ซิลิคอน (Si) เจอร์เมเนียม (Ge) และแกลเลียมอาร์เซไนด์ (GaAs) ให้เราศึกษาลักษณะและพฤติกรรมของเซมิคอนดักเตอร์ประเภทนี้ Intrinsic Semiconductor คืออะไร Intrinsic Semiconductor สามารถกำหนดเป็นวัสดุบริสุทธิ์ทางเคมีโดยไม่ต้องเติมสารเติมแต่งหรือสิ่งเจือปน เซมิคอนดักเตอร์ภายในหรือสารกึ่งตัวนำที่รู้จักกันทั่วไปมากที่สุดคือซิลิคอน (Si) และเจอร์เมเนียม (Ge) พฤติกรรมของเซมิคอนดักเตอร์ในการใช้แรงดันไฟฟ้านั้นขึ้นอยู่กับโครงสร้างอะตอมของมัน เปลือกนอกสุดของทั้งซิลิกอนและเจอร์เมเนียมมีอิเล็กตรอนสี่ตัวแต่ละตัว เพื่อทำให้อะตอมใกล้เคียงกันสร้างพันธะโควาเลนต์โดยอาศัยการแบ่งปันของเวเลนซ์อิเล็กตรอน พันธะนี้ในโครงสร้างผลึกตาข่ายของซิลิคอนแสดงไว้ในรูปที่ 1 ในที่นี้จะเห็นได้ว่าเวเลนซ์อิเล็กตรอนของอะตอม Si สองคู่รวมกันเพื่อสร้างพันธะโควาเลนต์ รูปที่ 1 พันธะโควาเลนต์ของอะตอมซิลิคอน พันธะโควาเลนต์ทั้งหมดมีความเสถียรและไม่มีตัวพาสำหรับการนำ ในที่นี้ เซมิคอนดักเตอร์ที่แท้จริงมีลักษณะเป็นฉนวนหรือไม่เป็นตัวนำไฟฟ้า ตอนนี้ถ้าอุณหภูมิแวดล้อมใกล้เคียงกับอุณหภูมิห้องของพันธะโควาเลนต์จะเริ่มแตก ดังนั้นอิเล็กตรอนจากเปลือกเวเลนซ์จึงถูกปล่อยออกมาเพื่อมีส่วนร่วมในการนำ เมื่อมีการปล่อยสารพาหะจำนวนมากขึ้นเพื่อนำไฟฟ้า เซมิคอนดักเตอร์จะเริ่มทำตัวเป็นวัสดุนำไฟฟ้า แผนภาพแถบพลังงานที่ให้ไว้ด้านล่างอธิบายการเปลี่ยนแปลงของพาหะจากแถบวาเลนซ์ไปเป็นแถบการนำไฟฟ้า แผนภาพแถบพลังงาน แผนภาพแถบพลังงานที่แสดงในรูปที่ 2 (a) แสดงสองระดับ ได้แก่ แถบการนำไฟฟ้าและแถบวาเลนซ์ ช่องว่างระหว่างสองแถบนี้เรียกว่าช่องว่างต้องห้าม รูปที่ 2 (ก) แผนภาพแถบพลังงาน รูปที่ รูปที่ 2(b). การนำไฟฟ้าและเวเลนซ์แบนด์อิเล็กตรอนในเซมิคอนดักเตอร์ เมื่อวัสดุเซมิคอนดักเตอร์ได้รับความร้อนหรือแรงดันไฟฟ้าที่ใช้ พันธะโควาเลนต์บางส่วนจะแตกออก ซึ่งจะสร้างอิเล็กตรอนอิสระดังแสดงในรูปที่ 2 (b) อิเล็กตรอนอิสระเหล่านี้ตื่นเต้นและได้รับพลังงานเพื่อเอาชนะช่องว่างต้องห้ามและเข้าสู่แถบการนำไฟฟ้าจากแถบวาเลนซ์ เมื่ออิเล็กตรอนออกจากแถบเวเลนซ์ มันจะทิ้งรูในแถบเวเลนซ์ไว้ ในเซมิคอนดักเตอร์ที่แท้จริงจะมีการสร้างอิเล็กตรอนและรูเท่ากันเสมอและด้วยเหตุนี้จึงแสดงความเป็นกลางทางไฟฟ้า ทั้งอิเล็กตรอนและรูมีหน้าที่ในการนำกระแสไฟฟ้าในตัวเซมิคอนดักเตอร์ Extrinsic Semiconductor คืออะไร?เซมิคอนดักเตอร์ภายนอกถูกกำหนดให้เป็นวัสดุที่มีสารเจือปนหรือสารกึ่งตัวนำที่เจือปนเพิ่มเติม ยาสลบเป็นกระบวนการของการเพิ่มสิ่งเจือปนโดยเจตนาเพื่อเพิ่มจำนวนพาหะ องค์ประกอบเจือปนที่ใช้เรียกว่าเป็นสารเจือปน เนื่องจากจำนวนอิเล็กตรอนและรูในตัวนำภายนอกมีจำนวนมากกว่า จึงแสดงค่าการนำไฟฟ้าได้มากกว่าเซมิคอนดักเตอร์ภายใน 'เซมิคอนดักเตอร์ชนิด N' และ 'เซมิคอนดักเตอร์ชนิด P' ตามสารเจือปนที่ใช้ เซมิคอนดักเตอร์ชนิด N: เซมิคอนดักเตอร์ชนิด N ถูกเจือด้วยสารเจือปนเพนตาวาเลนต์ องค์ประกอบเพนตาวาเลนต์ถูกเรียกเช่นนั้นเนื่องจากมีอิเล็กตรอน 5 ตัวในเปลือกเวเลนซ์ ตัวอย่างของสิ่งเจือปนเพนทาวาเลนท์ ได้แก่ ฟอสฟอรัส (P), สารหนู (As), พลวง (Sb) ดังที่แสดงในรูปที่ 3 อะตอมเจือปนสร้างพันธะโควาเลนต์โดยแบ่งเวเลนซ์อิเล็กตรอนสี่ตัวกับอะตอมซิลิกอนที่อยู่ใกล้เคียงสี่ตัว อิเล็กตรอนตัวที่ห้ายังคงจับอย่างหลวม ๆ กับนิวเคลียสของอะตอมเจือปน ต้องใช้พลังงานไอออไนเซชันน้อยมากในการทำให้อิเล็กตรอนตัวที่ XNUMX เป็นอิสระเพื่อให้ออกจากแถบเวเลนซ์และเข้าสู่แถบการนำไฟฟ้า สิ่งเจือปนเพนทาวาเลนต์ส่งอิเล็กตรอนพิเศษหนึ่งตัวไปยังโครงสร้างขัดแตะและด้วยเหตุนี้จึงเรียกว่าสิ่งเจือปนของผู้บริจาครูปที่ 3 เซมิคอนดักเตอร์ชนิด N ที่มีสารเจือปนจากผู้บริจาคสารกึ่งตัวนำชนิด P:เซมิคอนดักเตอร์ชนิด P ถูกเจือด้วยเซมิคอนดักเตอร์ไตรวาเลนต์ สิ่งเจือปนแบบไตรวาเลนต์มีอิเล็กตรอน 3 ตัวในเปลือกเวเลนซ์ ตัวอย่างของสารเจือปนไตรวาเลนท์ ได้แก่ โบรอน (B), แกลเลียม (G), อินเดียม (ใน), อะลูมิเนียม (Al) ดังที่แสดงไว้ในรูปที่ 4 อะตอมของสารเจือปนสร้างพันธะโควาเลนต์ด้วยอะตอมซิลิกอนที่อยู่ใกล้เคียงเพียงสามอะตอมเท่านั้น และสร้างรูหรือช่องว่างในพันธะกับอะตอมซิลิกอนที่สี่ รูทำหน้าที่เป็นตัวนำบวกหรือช่องว่างสำหรับอิเล็กตรอนที่จะครอบครอง ดังนั้นสิ่งเจือปนแบบไตรวาเลนต์จึงทำให้เกิดช่องว่างหรือรูที่เป็นบวกซึ่งสามารถรับอิเล็กตรอนได้อย่างง่ายดายและด้วยเหตุนี้จึงเรียกว่าสิ่งเจือปนของตัวรับ  รูปที่ 4 เซมิคอนดักเตอร์ชนิด P ที่มีสารเจือปนตัวรับ ความเข้มข้นของสารตัวพาในสารกึ่งตัวนำภายใน ความเข้มข้นของพาหะที่แท้จริงถูกกำหนดให้เป็นจำนวนอิเล็กตรอนต่อหน่วยปริมาตรในแถบการนำไฟฟ้าหรือจำนวนรูต่อหน่วยปริมาตรในแถบวาเลนซ์ เนื่องจากแรงดันไฟฟ้าที่ใช้ อิเล็กตรอนจะออกจากแถบเวเลนซ์และสร้างรูบวกแทนที่ อิเล็กตรอนนี้เข้าสู่แถบการนำไฟฟ้าและมีส่วนร่วมในการนำกระแส ในเซมิคอนดักเตอร์ภายใน อิเล็กตรอนที่สร้างขึ้นในแถบการนำไฟฟ้าจะเท่ากับจำนวนรูในแถบวาเลนซ์ ดังนั้นความเข้มข้นของอิเล็กตรอน (n) เท่ากับความเข้มข้นของรู (p) ในเซมิคอนดักเตอร์ภายใน ความเข้มข้นของพาหะที่แท้จริงสามารถกำหนดได้ดังนี้:n_i=n=p โดยที่ n_i : ความเข้มข้นของพาหะที่แท้จริง n : ความเข้มข้นของพาหะอิเล็กตรอน p : รู - ความเข้มข้นของตัวนำตัวนำของสารกึ่งตัวนำภายใน เนื่องจากสารกึ่งตัวนำภายในต้องได้รับความร้อนหรือแรงดันไฟฟ้า อิเล็กตรอนจะเดินทางจากแถบเวเลนซ์ไปยังแถบการนำไฟฟ้า และปล่อยให้มีรูหรือช่องว่างเป็นบวกในแถบวาเลนซ์ อีกครั้งหลุมเหล่านี้เต็มไปด้วยอิเล็กตรอนอื่น ๆ เนื่องจากพันธะโควาเลนต์ถูกทำลายมากขึ้น ดังนั้นอิเล็กตรอนและรูจึงเคลื่อนที่ไปในทิศทางตรงกันข้ามและเซมิคอนดักเตอร์ภายในเริ่มดำเนินการ ค่าการนำไฟฟ้าจะเพิ่มขึ้นเมื่อพันธะโควาเลนต์จำนวนหนึ่งถูกทำลาย ด้วยเหตุนี้อิเล็กตรอนจำนวนมากขึ้นจึงถูกปล่อยเป็นรูสำหรับการนำไฟฟ้า ค่าการนำไฟฟ้าของเซมิคอนดักเตอร์ภายในแสดงในแง่ของความคล่องตัวและความเข้มข้นของตัวพาประจุ การแสดงออกของค่าการนำไฟฟ้าของเซมิคอนดักเตอร์ภายในแสดงเป็น:σ_i=n_i e(μ_e+μ_h) โดยที่ σ_i: การนำไฟฟ้าของสารกึ่งตัวนำ เซมิคอนดักเตอร์ n_i : ความเข้มข้นของตัวพาภายใน μ_e: การเคลื่อนตัวของอิเล็กตรอน μ_h: การเคลื่อนตัวของรู โปรดดูที่ลิงค์นี้เพื่อเรียนรู้เพิ่มเติมเกี่ยวกับทฤษฎีเซมิคอนดักเตอร์ MCQs

ฝากข้อความ 

รายการข้อความ