Ի՞նչ է ներքին կիսահաղորդչային և արտաքին կիսահաղորդչային էներգիայի խումբը և դոպինգը:

Կիսահաղորդիչը, ինչպես անունն է հուշում, մի տեսակ նյութ է, որը ցույց է տալիս ինչպես հաղորդիչների, այնպես էլ մեկուսիչների հատկությունները: Կիսահաղորդչային նյութը պահանջում է լարման կամ ջերմության որոշակի մակարդակ՝ իր կրիչները հաղորդման համար ազատելու համար: Այս կիսահաղորդիչները դասակարգվում են որպես «ներքին» և «արտաքին»՝ կախված կրիչների քանակից: Ներքին կրիչը կիսահաղորդչի և հավասար թվով էլեկտրոնների (բացասական լիցքի կրիչներ) և անցքերի (դրական լիցքի կրիչներ) ամենամաքուր ձևն է։ Կիսահաղորդչային նյութերը, որոնք առավել խորապես օգտագործվում են սիլիցիում (Si), գերմանիում (Ge) և գալիումի արսենիդ (GaAs): Եկեք ուսումնասիրենք այս տեսակի կիսահաղորդիչների բնութագրերն ու վարքագիծը: Ի՞նչ է ներքին կիսահաղորդիչը: Ներքին կիսահաղորդիչը կարող է սահմանվել որպես քիմիապես մաքուր նյութ՝ առանց դրա վրա որևէ դոպինգ կամ կեղտ ավելացնելու: Առավել հայտնի ներքին կամ մաքուր կիսահաղորդիչներն են սիլիցիումը (Si) և գերմանիումը (Ge): Կիսահաղորդչի վարքագիծը որոշակի լարման կիրառման դեպքում կախված է նրա ատոմային կառուցվածքից: Սիլիցիումի և գերմանիումի արտաքին թաղանթն ունի չորսական էլեկտրոն: Իրար կայունացնելու համար մոտակա ատոմները ձևավորում են կովալենտային կապեր՝ հիմնված վալենտային էլեկտրոնների բաշխման վրա: Այս կապը սիլիցիումի բյուրեղային ցանցի կառուցվածքում պատկերված է նկար 1-ում: Այստեղ երևում է, որ երկու Si ատոմների վալենտային էլեկտրոնները զույգվում են՝ ձևավորելով կովալենտային կապ: Նկար 1. Սիլիցիումի ատոմի կովալենտային կապը Բոլոր կովալենտային կապերը կայուն են և հաղորդման համար հասանելի կրիչներ չկան: Այստեղ ներքին կիսահաղորդիչը իրեն պահում է որպես մեկուսիչ կամ ոչ հաղորդիչ: Այժմ, եթե շրջակա միջավայրի ջերմաստիճանը մոտենում է սենյակային ջերմաստիճանին, կովալենտային կապերը սկսում են կոտրվել: Այսպիսով, էլեկտրոնները վալենտային թաղանթից ազատվում են հաղորդմանը մասնակցելու համար: Քանի որ ավելի շատ կրիչներ են թողարկվում հաղորդման համար, կիսահաղորդիչը սկսում է իրեն պահել որպես հաղորդիչ նյութ: Ստորև տրված էներգիայի տիրույթի դիագրամը բացատրում է կրիչների այս անցումը վալենտական ​​գոտուց դեպի հաղորդման գոտի: Էներգիայի գոտու դիագրամ Նկար 2(ա)-ում ներկայացված էներգիայի գոտու դիագրամը պատկերում է երկու մակարդակ՝ հաղորդականության գոտի և վալենտական ​​գոտի: Երկու գոտիների միջև ընկած տարածությունը կոչվում է արգելված բաց Նկար 2 (ա). Էներգիայի գոտու դիագրամ Նկար Նկար 2 (բ): Հաղորդման և վալենտական ​​գոտու էլեկտրոնները կիսահաղորդիչում Երբ կիսահաղորդչային նյութը ենթարկվում է ջերմության կամ կիրառվող լարման, կովալենտային կապերից մի քանիսը կոտրվում են, ինչը առաջացնում է ազատ էլեկտրոններ, ինչպես ցույց է տրված նկար 2 (բ)-ում: Այս ազատ էլեկտրոնները հուզվում են և էներգիա են ստանում՝ հաղթահարելու արգելված բացը և վալենտային գոտուց ներթափանցելու հաղորդման գոտի: Քանի որ էլեկտրոնը թողնում է վալենտական ​​գոտին, այն թողնում է վալենտական ​​գոտու ետևում անցք: Ներքին կիսահաղորդիչում միշտ կստեղծվեն հավասար թվով էլեկտրոններ և անցքեր, և, հետևաբար, այն ցուցադրում է էլեկտրական չեզոքություն: Ե՛վ էլեկտրոնները, և՛ անցքերը պատասխանատու են ներքին կիսահաղորդիչում հոսանքի անցկացման համար: Ի՞նչ է արտաքին կիսահաղորդիչը: Արտաքին կիսահաղորդիչը սահմանվում է որպես ավելացված աղտոտվածությամբ կամ լիցքավորված կիսահաղորդիչով նյութ: Դոպինգը կանխամտածված կեղտերի ավելացման գործընթաց է՝ կրողների քանակն ավելացնելու համար: Օգտագործված կեղտոտ տարրերը կոչվում են դոպանտներ: Քանի որ էլեկտրոնների և անցքերի թիվն ավելի մեծ է արտաքին հաղորդիչում, այն ավելի մեծ հաղորդունակություն է ցուցաբերում, քան ներքին կիսահաղորդիչները: Կախված օգտագործվող դոպանտներից՝ արտաքին կիսահաղորդիչները հետագայում դասակարգվում են որպես «N-տիպի կիսահաղորդիչներ» և «P-տիպի կիսահաղորդիչներ»: Հնգավալենտ տարրերը կոչվում են այսպես, քանի որ նրանք ունեն 5 էլեկտրոն իրենց վալենտական ​​թաղանթում: Հնգավալենտ անմաքրության օրինակներն են՝ ֆոսֆորը (P), մկնդեղը (As), անտիմոնը (Sb): Ինչպես պատկերված է 3-րդ նկարում, դոպանտ ատոմը ստեղծում է կովալենտային կապեր՝ կիսելով իր վալենտային էլեկտրոններից չորսը հարևան սիլիցիումի չորս ատոմների հետ: Հինգերորդ էլեկտրոնը մնում է թույլ կապված ներծծվող ատոմի միջուկի հետ: Շատ ավելի քիչ իոնացման էներգիա է պահանջվում հինգերորդ էլեկտրոնն ազատելու համար, որպեսզի այն թողնի վալենտական ​​գոտին և մտնի հաղորդման գոտի: Հնգավալենտ կեղտը հաղորդում է մեկ լրացուցիչ էլեկտրոն ցանցի կառուցվածքին և հետևաբար այն կոչվում է որպես դոնորի կեղտ:Նկար 3. N-տիպի կիսահաղորդիչ՝ դոնորային կեղտովP-տիպի կիսահաղորդիչներ:P-տիպի կիսահաղորդիչները լիցքավորված են եռավալենտ կիսահաղորդիչով: Եռավալենտ կեղտերն ունեն 3 էլեկտրոն իրենց վալենտային թաղանթում։ Եռավալենտ կեղտերի օրինակները ներառում են բոր (B), գալիում (G), ինդիում (In), ալյումին (Al): Ինչպես պատկերված է նկար 4-ում, ներթափանցող ատոմը կովալենտային կապեր է ստեղծում միայն երեք հարևան սիլիցիումի ատոմների հետ, և չորրորդ սիլիցիումի ատոմի հետ կապում առաջանում է անցք կամ դատարկ տեղ: Փոսը գործում է որպես դրական կրիչ կամ տարածություն էլեկտրոնի զբաղեցնելու համար: Այսպիսով, եռավալենտ կեղտը տվել է դրական դատարկություն կամ անցք, որը կարող է հեշտությամբ ընդունել էլեկտրոնները, և հետևաբար այն կոչվում է Ընդունիչի անմաքրություն:  Գծապատկեր 4. P տիպի կիսահաղորդիչ `ընդունիչ կեղտով: Փոխադրողի կոնցենտրացիան ներքին կիսահաղորդչում: Ներքին կրիչի կոնցենտրացիան սահմանվում է որպես հաղորդման գոտում մեկ ծավալի էլեկտրոնների քանակ կամ վալենտային գոտում մեկ միավորի ծավալի անցքերի քանակ: Կիրառվող լարման շնորհիվ էլեկտրոնը թողնում է վալենտական ​​գոտին և իր տեղում ստեղծում դրական անցք։ Այս էլեկտրոնը հետագայում մտնում է հաղորդման գոտի և մասնակցում հոսանքի հաղորդմանը: Ներքին կիսահաղորդչում հաղորդակցության գոտում առաջացած էլեկտրոնները հավասար են վալենտային գոտու անցքերի թվին: Հետևաբար, էլեկտրոնի կոնցենտրացիան (n) հավասար է անցքի կոնցենտրացիան (p) ներքին կիսահաղորդիչում: Ներքին կրիչի կոնցենտրացիան կարող է տրվել հետևյալ կերպ. - Ներքին կիսահաղորդչի հաղորդունակությունը Քանի որ ներքին կիսահաղորդիչը ենթարկվում է ջերմության կամ կիրառական լարման, էլեկտրոնները շարժվում են վալենտական ​​գոտուց դեպի հաղորդման գոտի և թողնում են դրական անցք կամ դատարկ վալենտական ​​գոտում: Կրկին այս անցքերը լցվում են այլ էլեկտրոններով, քանի որ ավելի շատ կովալենտային կապեր են կոտրվում: Այսպիսով, էլեկտրոնները և անցքերը շարժվում են հակառակ ուղղությամբ, և ներքին կիսահաղորդիչը սկսում է վարել: Հաղորդունակությունը մեծանում է, երբ մի շարք կովալենտային կապեր կոտրվում են, ինչի հետևանքով ավելի շատ էլեկտրոններ են բացվում հաղորդման համար անցքեր: Ներքին կիսահաղորդչի հաղորդունակությունը արտահայտվում է լիցքակիրների շարժունակության և կենտրոնացման առումով: Ներքին կիսահաղորդիչի հաղորդունակության արտահայտությունը տրված է հետևյալ կերպ. Σ_i = n_i e (μ_e+μ_h) Որտեղ σ_i. կիսահաղորդիչ n_i. ներքին կրիչի կոնցենտրացիան μ_e. էլեկտրոնների շարժունակություն μ_h. անցքերի շարժունակություն Խնդրում ենք այցելել այս հղումը՝ կիսահաղորդիչների տեսության MCQ-ների մասին ավելին իմանալու համար

Թողնել հաղորդագրություն 

հաղորդագրություն ցուցակ