1. Proprietățile semiconductorilor
bandă de energie
un atom este format dintr-un nucleu și electroni care orbitează nucleul.
electronii nu pot orbita nucleul la nicio distanță în spațiul atomic care înconjoară nucleul, dar sunt permise doar anumite orbite foarte specifice și există doar la niveluri discrete specifice. Aceste energii se numesc niveluri de energie. Un număr mare de atomi se adună pentru a forma un cristal și interacționează într-un material solid, apoi nivelurile de energie au devenit atât de strâns distanțate încât formează benzi. Aceasta este banda de energie.
metalele, semiconductorii și izolatorii se disting între ei prin structurile lor de bandă. Structurile lor de bandă sunt prezentate în figura de mai jos.
în metale, banda de conducție și banda de valență se apropie foarte mult una de cealaltă și se pot suprapune chiar, cu energia Fermi xqtx e XTX undeva în interior. Aceasta înseamnă că metalul are întotdeauna electroni care se pot mișca liber și astfel pot purta întotdeauna curent. Astfel de electroni sunt cunoscuți ca electroni liberi. Acești electroni liberi sunt responsabili de curentul care curge printr-un metal.
în semiconductori și izolatori, banda de valanță și banda de conducție sunt separate printr-un decalaj energetic interzis de exemplu, de exemplu, de o lățime suficientă, iar energia Fermi, de exemplu, este între banda de valență și banda de conducție. Pentru a ajunge la banda de conducere, electronul trebuie să câștige suficientă energie pentru a sări peste decalajul de bandă. Odată ce acest lucru este făcut, se poate efectua.
în semiconductori la temperatura camerei, decalajul de bandă este mai mic, există suficientă energie termică pentru a permite electronilor să sară decalajul destul de ușor și să facă tranzițiile în banda de conducere, având în vedere conductivitatea limitată a semiconductorului. La temperatură scăzută, Niciun electron nu posedă suficientă energie pentru a ocupa banda de conducere și, prin urmare, nu este posibilă mișcarea sarcinii. La zero absolut, semiconductorii sunt izolatori perfecți, densitatea electronilor în banda de conducere la temperatura camerei nu este la fel de mare ca în metale, astfel nu poate conduce curentul la fel de bun ca metalul. Conductivitatea electrică a semiconductorului nu este la fel de mare ca metalul, dar nici la fel de slabă ca izolatorul electric. De aceea, acest tip de material se numește semiconductor – înseamnă jumătate conductor.
decalajul de bandă pentru izolatori este mare, astfel încât foarte puțini electroni pot sări peste decalaj. Prin urmare, curentul nu curge ușor în izolatoare. Diferența dintre izolatori și semiconductori este dimensiunea energiei decalajului de bandă. În izolator unde decalajul interzis este foarte mare și, ca urmare, energia necesară electronului pentru a trece la banda de conducție este practic suficient de mare. Izolatorii nu conduc cu ușurință electricitatea. Asta înseamnă că conductivitatea electrică a izolatorului este foarte slabă.
cristal Semiconductor utilizat pentru IC etc. este de înaltă puritate singur cristal siliciu de 99.999999999%, dar atunci când face de fapt un circuit, impurități sunt adăugate pentru a controla proprietățile electrice. În funcție de impuritățile adăugate, ele devin semiconductori de tip N și P.
fosforul Pentavalent (P) sau arsenicul (As) se adaugă la siliciul de înaltă puritate pentru semiconductorii de tip N. Aceste impurități se numesc donatori. Nivelul de energie al donatorului este situat aproape de banda de conducere, adică decalajul energetic este mic. Apoi, electronii la acest nivel de energie sunt ușor excitați de banda de conducere și contribuie la conductivitate.
pe de altă parte, bor trivalent (B) etc. se adaugă semiconductorului de tip P. Aceasta se numește acceptor. Nivelul de energie al acceptorului este aproape de banda de valență. Deoarece nu există electroni aici, electronii din banda de valență sunt excitați aici. Ca rezultat, se formează găuri în banda de valență, ceea ce contribuie la conductivitate.
