La proprietà elettrica di un materiale che si trova tra isolante così come conducente è noto come materiale semiconduttore. I migliori esempi di semiconduttori sono Si e Ge. I semiconduttori sono classificati in due tipi: semiconduttore intrinseco e semiconduttore estrinseco (tipo P e tipo N). Il tipo intrinseco è un tipo puro di semiconduttore mentre un tipo esteso include impurità per renderlo conduttivo. A temperatura ambiente, la conduttività intrinseca diventerà zero mentre l'estrinseca diventerà poco conduttiva. Questo articolo discute una panoramica di intrinseco semiconduttori e semiconduttori estrinseci con diagrammi di droghe e bande di energia.

Cos'è Intrinsic Semiconductor?

Intrinseco semiconduttore la definizione è che un semiconduttore estremamente puro è un tipo intrinseco. Sul concetto di banda di energia, la conduttività di questo semiconduttore diventerà zero a temperatura ambiente, come mostrato nella figura seguente. Gli esempi di semiconduttori intrinseci sono Si e Ge.

Semiconduttore intrinseco

In quanto sopra fascia energetica diagramma, la banda di conduzione è vuota mentre la banda di valenza è piena. Una volta che la temperatura è aumentata, può essere fornita una certa energia termica. Quindi gli elettroni dalla banda di valenza vengono forniti verso la banda di conduzione lasciando la banda di valenza.

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Fascia energetica

Il flusso di elettroni durante il passaggio dalla valenza alla banda di conduzione sarà casuale. I fori formati all'interno del cristallo possono anche fluire liberamente ovunque. Quindi, il comportamento di questo semiconduttore mostrerà un TCR negativo ( coefficiente di temperatura di resistenza ). Il TCR significa che, quando la temperatura aumenta, la resistività del materiale diminuirà e la conduttività aumenterà.

Diagramma delle bande energetiche

Cos'è Extrinsic Semiconductor?

Per rendere conduttivo un semiconduttore, vengono aggiunte alcune impurità che vengono chiamate semiconduttori estrinseci. A temperatura ambiente, questo tipo di semiconduttore condurrà una piccola corrente, tuttavia non è utile per realizzarne una varietà dispositivi elettronici . Pertanto, per rendere conduttivo il semiconduttore, una piccola quantità di impurità appropriata può essere aggiunta al materiale attraverso il processo di drogaggio.

Semiconduttore estrinseco

Doping

Il processo di aggiunta di impurità a un semiconduttore è noto come drogaggio. La quantità di impurità che viene aggiunta al materiale deve essere controllata nella preparazione del semiconduttore estrinseco. In generale, un atomo di impurità può essere aggiunto a 108 atomi di un semiconduttore.

Aggiungendo l'impurità, il no. di buchi o elettroni possono essere aumentati per renderlo conduttivo. Ad esempio, se un'impurità pentavalente include 5 elettroni di valenza che vengono aggiunti a un semiconduttore puro, il n. esisteranno gli elettroni. In base al tipo di impurità aggiunta, il semiconduttore estrinseco può essere classificato in due tipi come semiconduttore di tipo N e semiconduttore di tipo P.

Concentrazione portante in semiconduttore intrinseco

In questo tipo di semiconduttore, una volta che gli elettroni di valenza danneggiano il legame covalente e si spostano nella banda di conduzione, verranno generati due tipi di portatori di carica come buchi ed elettroni liberi.
Il no. di elettroni per ogni unità di volume entro le bande di conduzione altrimenti il n. di fori per ogni unità di volume all'interno della banda di valenza è nota come concentrazione del portatore in un semiconduttore intrinseco. Allo stesso modo, la concentrazione del vettore di elettroni può essere definita come il n. di elettroni per ogni unità di volume all'interno della banda di conduzione mentre il n. di fori per ogni unità di volume all'interno della banda di valenza è nota come concentrazione del portatore di fori.

Nel tipo intrinseco, gli elettroni che si generano all'interno della banda di conduzione possono essere equivalenti al n. di buchi che si generano all'interno della banda di valenza. Pertanto la concentrazione di portatori di elettroni è equivalente alla concentrazione di portatori di lacune. Quindi può essere dato come

ni = n = p

Dove 'n' è la concentrazione del vettore di elettroni, 'P' è la concentrazione del vettore del buco e 'ni' è la concentrazione del vettore intrinseco

Nella banda di valenza, la concentrazione del buco può essere scritta come

P = Nv e - (E_F-E_V)/PER_BT

Nella banda di conduzione, la concentrazione di elettroni può essere scritta come

N = P = Nc e - (E_C-E_F)/PER_BT

Nell'equazione precedente, 'KB' è la costante di Boltzmann

'T' è la temperatura totale del semiconduttore di tipo intrinseco

'Nc' è la densità efficiente degli stati all'interno della banda di conduzione.

'Nv' è la densità efficiente degli stati all'interno della banda di valenza.

La conduttività del semiconduttore intrinseco

Il comportamento di questo semiconduttore è come un perfetto isolante a zero gradi di temperatura. Perché a questa temperatura la banda di conduzione è vuota, la banda di valenza è piena e per la conduzione non ci sono portatori di carica. Tuttavia, a temperatura ambiente, l'energia termica può essere sufficiente per fare un enorme no. di coppie elettrone-lacuna. Ogni volta che un campo elettrico viene applicato a un semiconduttore, il flusso di elettroni sarà presente a causa del movimento degli elettroni in una direzione e dei buchi nella direzione inversa

Per un metallo, la densità di corrente sarà J = nqEµ

La densità di corrente all'interno di un semiconduttore puro a causa del flusso di buchi ed elettroni può essere data come

Jn = nqEµ_n

Jp = pqEµ_p

Nelle equazioni precedenti, 'n' è la concentrazione di elettroni e 'q' è la carica sul buco / elettrone, 'p' è la concentrazione di buchi, 'E' è il campo elettrico applicato, 'µ'n è il mobilità degli elettroni e 'µ'p è la mobilità dei buchi.

La densità dell'intera corrente è

J = Jn + Jp

= nqEµ_n+ pqEµ_p

I =qE (nµ_n+ pµ_p)

Dove J = σE, l'equazione sarà

σE ==qE (nµ_n+ pµ_p)

σ = q (nµ_n+ pµ_p)

Qui 'σ' è la conduttività del semiconduttore

Il no. di elettroni sono uguali al n. di buchi nel semiconduttore puro quindi n = p = ni

'Ni' è la concentrazione portante del materiale intrinseco, quindi

J =q (niµ_n+ niµ_p)

La conduttività del semiconduttore pura sarà

σ=q (niµ_n+ niµ_p)

σ=qni (µ_n+ µ_p)

Quindi la conduttività del semiconduttore puro dipende principalmente dalla mobilità intrinseca dei semiconduttori, degli elettroni e dei buchi.

Domande frequenti

1). Cos'è un semiconduttore intrinseco ed estrinseco?

Il tipo puro di semiconduttore è il tipo intrinseco mentre l'estrinseco è, il semiconduttore in cui è possibile aggiungere impurità per renderlo conduttivo.

2). Quali sono gli esempi di tipo intrinseco?

Sono silicio e germanio

3). Quali sono i tipi di semiconduttori estrinseci?

Sono semiconduttori di tipo P e di tipo N.

4) Perché i semiconduttori estrinseci vengono utilizzati nella produzione di elettronica?

Perché la conducibilità elettrica di tipo estrinseco è alta rispetto a quella intrinseca. Quindi questi sono applicabili nella progettazione di transistor, diodi, ecc.

5). Qual è la conduttività intrinseca?

In un semiconduttore, le impurità e i difetti strutturali hanno una concentrazione estremamente bassa è nota come conduttività intrinseca.

Quindi, si tratta di un file panoramica di Intrinsic Semiconductor ed Extrinsic Semiconductor e diagramma a bande di energia con drogaggio. Ecco una domanda per te, qual è la temperatura intrinseca?