Półprzewodnik samoistny

Półprzewodnik samoistny jest półprzewodnikowy materiał , którego elektryczny zachowanie zależy tylko od jego struktury, a nie na dodaniu zanieczyszczeń, jak w przypadku dopingu .

Charakterystyka

Oprócz możliwych defektów krystalicznych, przewodnictwo elektryczne półprzewodnika jest całkowicie zdeterminowane strukturą materiału i zależy tylko od temperatury . W przypadku zera absolutnego przewodnictwo to wynosi zero. Wraz ze wzrostem temperatury wzrasta również prawdopodobieństwo, że elektron w paśmie walencyjnym dostanie wystarczającą ilość energii, aby dołączyć do pasma przewodnictwa . W rezultacie przewodność półprzewodnika wzrasta w wyniku generowania ciepła.

W wewnętrznym półprzewodniku elektrony w paśmie przewodnictwa są generowane przez pozostawienie dziury w paśmie walencyjnym; w rezultacie stężenia elektronów (n) i dziur (p) są równe i równe , w przeciwieństwie do zewnętrznego półprzewodnika. Wiedząc to : $lub$

{\ Displaystyle n = N_ {c} * e ^ {\ Frac {E_ {F} -E_ {C}} {kT}}}

{\ Displaystyle p = N_ {V} * e ^ {\ Frac {E_ {V} -E_ {F}} {kT}}}

lub

${\ displaystyle N_ {c}}$ i są odpowiednimi efektywnymi gęstościami stanów elektronów w paśmie przewodnictwa i dziur w paśmie walencyjnym . Te gęstości i słabo zależne od temperatury. Dla parabolicznych pasm masy efektywnej i mamy: $N_ {czas.}$ ${\ displaystyle N_ {c}}$ $N_ {czas.}$ ${\ displaystyle m_ {c}}$ ${\ displaystyle m_ {czas}}$

{\ Displaystyle N_ {c, v} = 2 \ lewo ({\ Frac {m_ {c, v} kT} {2 \ pi \ hbar ^ {2}}} \ prawej) ^ {3/2} = \ lewo ({\ frac {m_ {c, v}} {m_ {0}}} \ right) ^ {3/2} \ left ({\ frac {T} {300}} \ right) ^ {3/2} \ times 2.5 \ times 10 ^ {19} \ ({\ text {cm}} ^ {- 3}).}

$E_F$ to poziom Fermiego
kT to energia cieplna, iloczynstałej Boltzmannai temperatury, która wynosi 26 meV w temperaturze pokojowej.

Ustawiając Eg = E C -E V , szerokość zabronionego pasma, możemy łatwo wydedukować n i :

{\ Displaystyle n_ {i} = {\ sqrt {N_ {c} .N_ {v}}}. e ^ {- {\ Frac {E_ {g}} {2kT}}}}

Oprócz poziomu Fermiego:

{\ Displaystyle E_ {F} = {\ Frac {E_ {C} + E_ {V}} {2}} + {\ Frac {3kT} {4}} ln ({\ Frac {m_ {v}} {m_ {vs}}})}

To znaczy około połowy zakazanego pasma, przy czym drugi termin jest często pomijalny.

W przypadku krzemu znajdujemy na przykład:

n i = 1,5 × 10 10 cm -3 ,
E F = 0,553 eV

w temperaturze pokojowej.

Przykłady

To zachowanie odpowiada doskonałemu półprzewodnikowi, to znaczy bez defektu strukturalnego lub zanieczyszczeń chemicznych. Prawdziwy półprzewodnik nigdy nie jest całkowicie wewnętrzny, ale niektóre materiały mogą zbliżać się do tego idealnego zachowania, na przykład czysty krzem monokrystaliczny.

Półprzewodniki samoistne przewodzą bardzo mało prądu, z wyjątkiem wysokich temperatur. Technika dopingowa umożliwia między innymi przezwyciężenie tego problemu.

Zobacz też