Vnější polovodič - Extrinsic semiconductor
An vnější polovodič je ten, který byl dopovaný; během výroby polovodičového krystalu stopový prvek nebo chemická látka zvaná a dopingový agent byl chemicky zabudován do krystalu, aby mu dal jiné elektrické vlastnosti než čistý polovodičový krystal, který se nazývá vnitřní polovodič. Ve vnějším polovodiči jsou to právě tyto cizí atomy dopantu v krystalové mřížce, které poskytují hlavně přepravci poplatků které nesou elektrický proud skrz krystal. Používaná dopingová činidla jsou dvou typů, což má za následek dva typy extrinsického polovodiče. An dárce elektronů dopant je atom, který, když je začleněn do krystalu, uvolňuje mobilní vedení elektron do krystalové mřížky. Vnější polovodič, který byl dotován atomy elektronových donorů, se nazývá an polovodič typu n, protože většina nosičů náboje v krystalu jsou záporné elektrony. An akceptor elektronů dopant je atom, který přijímá elektron z mřížky a vytváří volné místo, kde by měl být elektron nazýván a otvor který se může pohybovat skrz krystal jako kladně nabitá částice. Vnější polovodič, který byl dotován atomy akceptoru elektronů, se nazývá a polovodič typu p, protože většina nosičů náboje v krystalu jsou kladné díry.
Doping je klíčem k mimořádně širokému rozsahu elektrického chování, které mohou polovodiče vykazovat, a k výrobě jsou používány vnější polovodiče polovodičová elektronická zařízení jako diody, tranzistory, integrované obvody, polovodičové lasery, LED diody, a fotovoltaické články. Sofistikovaný výroba polovodičů procesy jako fotolitografie může implantovat různé dopující prvky do různých oblastí stejné polovodičové krystalové destičky a vytvářet tak polovodičová zařízení na povrchu destičky. Například běžný typ tranzistoru, n-p-n bipolární tranzistor, se skládá z vnějšího polovodičového krystalu se dvěma oblastmi polovodiče typu n, oddělenými oblastí polovodiče typu p, s kovovými kontakty připojenými ke každé části.
Vedení v polovodičích
Pevná látka může vést elektrický proud, pouze pokud obsahuje nabité částice, elektrony, které se mohou volně pohybovat a nejsou připojeny k atomům. V kov vodič, jsou to atomy kovů, které poskytují elektrony; typicky každý atom kovu uvolňuje jeden ze svých vnějších orbitálních elektronů, aby se stal a vodivý elektron které se mohou pohybovat po celém krystalu a přenášet elektrický proud. Proto se počet vodivých elektronů v kovu rovná počtu atomů, což je velmi velký počet, což z kovů dělá dobré vodiče.
Na rozdíl od kovů atomy, které tvoří objemný polovodičový krystal, neposkytují elektrony, které jsou odpovědné za vedení. V polovodičích je elektrické vedení způsobeno mobilem přepravci poplatků, elektrony nebo díry které jsou poskytovány nečistotami nebo atomy dopantu v krystalu. Ve vnějším polovodiči určuje koncentrace dopingových atomů v krystalu do značné míry hustotu nosičů náboje, která určuje jeho elektrická vodivost, stejně jako mnoho dalších elektrických vlastností. To je klíč k univerzálnosti polovodičů; jejich vodivost může být manipulována do mnoha řádů dopingem.
Polovodičový doping
Polovodičový doping je proces, který mění vnitřní polovodič na vnější polovodič. Během dopingu jsou atomy nečistot zavedeny do vnitřního polovodiče. Atomy nečistoty jsou atomy jiného prvku než atomy vnitřního polovodiče. Atomy nečistot působí buď jako dárci nebo akceptory k vnitřnímu polovodiči, změna koncentrace elektronů a děr v polovodiči. Atomy nečistot jsou klasifikovány jako donorové nebo akceptorové atomy na základě účinku, který mají na vnitřní polovodič.
Atomy nečistoty dárce mají více valenční elektrony než atomy, které nahrazují ve vlastní polovodičové mřížce. Dárcovské nečistoty „darují“ své extra valenční elektrony do polovodičového vodivého pásma a poskytují nadbytečné elektrony vnitřnímu polovodiči. Přebytek elektronů zvyšuje koncentraci elektronového nosiče (n0) polovodiče, což z něj dělá n-typ.
Atomy akceptorové nečistoty mají méně valenčních elektronů než atomy, které nahrazují ve vlastní polovodičové mřížce. „Přijímají“ elektrony z valenčního pásma polovodiče. To poskytuje nadbytečné díry vnitřnímu polovodiči. Přebytečné otvory zvyšují koncentraci nosiče otvorů (str0) polovodiče, čímž se vytvoří polovodič typu p.
Polovodiče a atomy dopantu jsou definovány sloupcem periodická tabulka ve kterém padají. Definice sloupce polovodiče určuje, kolik valenčních elektronů mají jeho atomy a zda dopantové atomy fungují jako donory nebo akceptory polovodiče.
Skupina IV polovodiče použití skupina V atomy jako dárci a skupina III atomy jako akceptory.
Skupina III – V polovodiče, složené polovodiče, použijte skupina VI atomy jako dárci a skupina II atomy jako akceptory. Lze použít i polovodiče skupiny III – V skupina IV atomy jako donory nebo akceptory. Když atom skupiny IV nahradí prvek skupiny III v polovodičové mřížce, působí atom skupiny IV jako dárce. Naopak, když atom skupiny IV nahradí prvek skupiny V, působí atom skupiny IV jako akceptor. Atomy skupiny IV mohou působit jako donory i akceptory; proto jsou známí jako amfoterní nečistoty.
| Vnitřní polovodič | Dárcovské atomy | Akceptorové atomy | |
|---|---|---|---|
| Polovodiče skupiny IV | Křemík, Germanium | Fosfor, Arsen, Antimon | Bor, Hliník, Gallium |
| Polovodiče skupiny III – V | Fosfid hlinitý, Arsenid hlinitý, Gallium arsenid, Nitrid galia | Selen, Telur, Křemík, Germanium | Berýlium, Zinek, Kadmium, Křemík, Germanium |
Dva typy polovodičů
Polovodiče typu N.
N-typ polovodiče jsou vytvářeny doping vnitřní polovodič s elektronem dárce prvek během výroby. Termín n-typ pochází ze záporného náboje elektronu. v n-typ polovodiče, elektrony jsou většinoví dopravci a díry jsou menšinoví dopravci. Společný dopant pro n-typ křemík je fosfor nebo arsen. V n-typ polovodič, Fermiho úroveň je větší než vnitřní polovodič a leží blíže k vodivé pásmo než valenční pásmo.
Polovodiče typu P.
Typ P. polovodiče jsou vytvářeny doping vnitřní polovodič s elektronem akceptor prvek během výroby. Termín p-typ odkazuje na kladný náboj díry. Naproti tomu n-typ polovodiče, p-typ polovodiče mají větší koncentraci díry než koncentrace elektronů. v p-typ polovodiče, většinové nosiče jsou díry a menšinové nosiče jsou elektrony. Běžný p-typ dopant pro křemík je bór nebo galium. Pro p-typ Polovodiče je úroveň Fermiho pod vnitřní úrovní Fermiho a leží blíže k valenčnímu pásmu než pásmu vodivosti.
Použití vnějších polovodičů
Vnější polovodiče jsou součástí mnoha běžných elektrických zařízení. Polovodič dioda (zařízení, která umožňují proud pouze v jednom směru) se skládá z polovodičů typu p a n umístěných uvnitř křižovatka navzájem. V současné době většina polovodičových diod používá dopovaný křemík nebo germanium.
Tranzistory (zařízení, která umožňují přepínání proudu) také využívají vnější polovodiče. Bipolární spojovací tranzistory (BJT), které zesilují proud, jsou jedním typem tranzistoru. Nejběžnější BJT jsou typu NPN a PNP. Tranzistory NPN mají dvě vrstvy polovodičů typu n sendvičujících polovodič typu p. Tranzistory PNP mají dvě vrstvy polovodičů typu p sendvičujících polovodič typu n.
Tranzistory s efektem pole (FET) jsou dalším typem tranzistorů, které zesilují proud využívající vnější polovodiče. Na rozdíl od BJT se nazývají jednopolární protože zahrnují operaci typu jednoho nosiče - buď N-kanál nebo P-kanál. FET jsou rozděleny do dvou rodin, spojovací brána FET (JFET), což jsou tři koncové polovodiče, a izolovaný hradlový FET (IGFET ), což jsou čtyři koncové polovodiče.
Další zařízení implementující vnější polovodič:
Viz také
Reference
- Neamen, Donald A. (2003). Fyzika polovodičů a zařízení: Základní principy (3. vydání). McGraw-Hill Higher Education. ISBN 0-07-232107-5.