La propriété électrique d'un matériau situé entre isolant aussi bien que chauffeur est connu comme un matériau semi-conducteur. Les meilleurs exemples de semi-conducteurs sont Si et Ge. Les semi-conducteurs sont classés en deux types, à savoir le semi-conducteur intrinsèque et le semi-conducteur extrinsèque (type P et type N). Le type intrinsèque est un type pur de semi-conducteur alors qu'un type extensif comprend des impuretés pour rendre conducteur. À température ambiante, la conductivité de l'intrinsèque deviendra nulle alors que l'extrinsèque deviendra peu conductrice. Cet article présente une vue d'ensemble des semi-conducteurs et semi-conducteurs extrinsèques avec dopage et diagrammes de bande d'énergie.
Qu'est-ce que le semi-conducteur intrinsèque?
Intrinsèque semi-conducteur La définition est, un semi-conducteur qui est extrêmement pur est un type intrinsèque. Sur le concept de bande d'énergie, la conductivité de ce semi-conducteur deviendra nulle à température ambiante, comme illustré dans la figure suivante. Les exemples de semi-conducteurs intrinsèques sont Si & Ge.
Semi-conducteur intrinsèque
Au dessus bande d'énergie diagramme, la bande de conduction est vide alors que la bande de valence est totalement remplie. Une fois la température augmentée, de l'énergie thermique peut lui être fournie. Ainsi, les électrons de la bande de valence sont fournis vers la bande de conduction en quittant la bande de valence.
Bande d'énergie
Le flux d'électrons en passant de la valence à la bande de conduction sera aléatoire. Les trous formés à l'intérieur du cristal peuvent également s'écouler librement n'importe où. Ainsi, le comportement de ce semi-conducteur montrera un TCR négatif ( coefficient de température de résistance ). Le TCR signifie que lorsque la température augmente, la résistivité du matériau sera diminuée et la conductivité sera augmentée.
Diagramme de bande d'énergie
Qu'est-ce que le semi-conducteur extrinsèque?
Pour rendre un semi-conducteur comme conducteur, certaines impuretés sont ajoutées, appelées semi-conducteurs extrinsèques. À température ambiante, ce type de semi-conducteur conduira un petit courant, cependant, il n'est pas utile pour faire une variété de appareils électroniques . Par conséquent, pour rendre le semi-conducteur conducteur, une petite quantité d'impureté appropriée peut être ajoutée au matériau par le processus de dopage.
Semi-conducteur extrinsèque
Se doper
Le processus d'ajout d'impureté à un semi-conducteur est connu sous le nom de dopage. La quantité d'impureté qui est ajoutée au matériau doit être contrôlée dans la préparation de semi-conducteur extrinsèque. En général, un atome d'impureté peut être ajouté à 108 atomes d'un semi-conducteur.
En ajoutant l'impureté, le non. de trous ou d'électrons peuvent être augmentés pour le rendre conducteur. Par exemple, si une impureté pentavalente comprend 5 électrons de valence qui sont ajoutés à un semi-conducteur pur, alors le non. des électrons existeront. En fonction du type d'impureté ajouté, le semi-conducteur extrinsèque peut être classé en deux types comme le semi-conducteur de type N et le semi-conducteur de type P.
Concentration de porteurs dans les semi-conducteurs intrinsèques
Dans ce type de semi-conducteur, une fois que les électrons de valence endommagent la liaison covalente et se déplacent dans la bande de conduction, deux types de porteurs de charge seront générés comme des trous et des électrons libres.
Le non. d'électrons pour chaque volume unitaire dans les bandes de conduction sinon le non. de trous pour chaque volume unitaire dans la bande de valence est connue sous le nom de concentration de porteurs dans un semi-conducteur intrinsèque. De même, la concentration de porteurs d'électrons peut être définie comme non. d'électrons pour chaque volume unitaire dans la bande de conduction alors que le non. de trous pour chaque volume unitaire dans la bande de valence est connue sous le nom de concentration de porteurs de trous.
Dans le type intrinsèque, les électrons générés dans la bande de conduction peuvent être équivalents au non. de trous qui sont générés dans la bande de valence. Par conséquent, la concentration de porteurs d'électrons est équivalente à la concentration de porteurs de trous. Donc, il peut être donné comme
ni = n = p
Où «n» est la concentration du porteur d’électrons, «P» est la concentration du porteur du trou et «ni» est la concentration du porteur intrinsèque
Dans la bande de valence, la concentration du trou peut s'écrire
P = Nv e - (EF-ESTV)/ÀBT
Dans la bande de conduction, la concentration d'électrons peut s'écrire
N = P = Nc e - (EC-ESTF)/ÀBT
Dans l’équation ci-dessus, «KB» est la constante de Boltzmann
«T» est la température totale du semi-conducteur de type intrinsèque
«Nc» est la densité efficace d’états dans la bande de conduction.
«Nv» est la densité efficace d’états dans la bande de valence.
La conductivité du semi-conducteur intrinsèque
Le comportement de ce semi-conducteur est comme un isolant parfait à une température de zéro degré. Parce qu'à cette température, la bande de conduction est vide, la bande de valence est pleine et pour la conduction, il n'y a pas de porteurs de charge. Cependant, à température ambiante, l'énergie thermique peut être suffisante pour faire un énorme non. de paires électron-trou. Chaque fois qu'un champ électrique est appliqué à un semi-conducteur, le flux d'électrons sera là à cause du mouvement des électrons dans une direction et des trous dans la direction inverse
Pour un métal, la densité de courant sera J = nqEµ
La densité de courant dans un semi-conducteur pur en raison du flux de trous et d'électrons peut être donnée comme
Jn = nqEµn
Jp = pqEµp
Dans les équations ci-dessus, «n» est la concentration d’électrons et «q» est la charge sur le trou / électron, «p» est la concentration des trous, «E» est le champ électrique appliqué, «µ’n est le mobilité électronique et ‘µ’p est la mobilité des trous.
La densité de tout le courant est
J = Jn + Jp
= nqEµn+ pqEµp
I =qE (nµn+ pµp)
Où J = σE, alors l'équation sera
σE ==qE (nµn+ pµp)
σ = q (nµn+ pµp)
Ici «σ» est la conductivité du semi-conducteur
Le non. des électrons sont égaux au non. de trous dans le semi-conducteur pur donc n = p = ni
«Ni» est la concentration de support du matériau intrinsèque, donc
J =q (niµn+ niµp)
La conductivité du semi-conducteur pur sera
σ=q (niµn+ niµp)
σ=qni (µn+ µp)
Ainsi, la conductivité du semi-conducteur pur dépend principalement de la mobilité intrinsèque du semi-conducteur et des électrons et des trous.
FAQ
1). Qu'est-ce qu'un semi-conducteur intrinsèque et extrinsèque?
Le type pur de semi-conducteur est le type intrinsèque tandis que l'extrinsèque est, le semi-conducteur dans lequel des impuretés peuvent être ajoutées pour le rendre conducteur.
2). Quels sont les exemples de type intrinsèque?
Ce sont du silicium et du germanium
3). Quels sont les types de semi-conducteurs extrinsèques?
Ce sont des semi-conducteurs de type P et de type N
4) Pourquoi les semi-conducteurs extrinsèques sont utilisés dans la fabrication électronique?
Parce que la conductivité électrique de type extrinsèque est élevée par rapport à intrinsèque. Donc, ceux-ci sont applicables dans la conception de transistors, de diodes, etc.
5). Quelle est la conductivité intrinsèque?
Dans un semi-conducteur, les impuretés et les défauts structurels ont une concentration extrêmement faible est connue sous le nom de conductivité intrinsèque.
Ainsi, il s'agit d'un aperçu du semi-conducteur intrinsèque et diagramme de bande de semi-conducteur et d'énergie extrinsèque avec dopage. Voici une question pour vous, quelle est la température de l'intrinsèque?
