Внешний полупроводник - Extrinsic semiconductor
An внешний полупроводник тот, который был допированный; во время производства полупроводникового кристалла микроэлемент или химикат, называемый допинговый агент был химически включен в кристалл с целью придания ему электрических свойств, отличных от чистых полупроводниковых кристаллов, которые называют собственный полупроводник. В примесном полупроводнике именно эти чужеродные легирующие атомы в кристаллической решетке в основном обеспечивают носители заряда которые несут электрический ток через кристалл. Используемые легирующие агенты бывают двух типов, что дает два типа примесных полупроводников. An донор электронов легирующая примесь - это атом, который при включении в кристалл выделяет подвижную проводимость. электрон в кристаллическую решетку. Примесной полупроводник, который был легирован электронодонорными атомами, называется полупроводник n-типа, потому что большинство носителей заряда в кристалле - отрицательные электроны. An акцептор электронов легирующая примесь - это атом, который принимает электрон из решетки, создавая вакансию, в которой электрон следует называть дыра который может двигаться через кристалл как положительно заряженная частица. Примесной полупроводник, легированный атомами-акцепторами электронов, называется полупроводник p-типа, потому что большинство носителей заряда в кристалле - положительные дырки.
Допирование является ключом к чрезвычайно широкому диапазону электрических свойств, которые могут проявлять полупроводники, и для получения полупроводников используются примесные полупроводники. полупроводниковые электронные устройства Такие как диоды, транзисторы, интегральные схемы, полупроводниковые лазеры, Светодиоды, и фотоэлектрические элементы. Сложный производство полупроводников такие процессы, как фотолитография может имплантировать различные легирующие элементы в разные области одной и той же полупроводниковой кристаллической пластины, создавая полупроводниковые устройства на поверхности пластины. Например, обычный тип транзистора n-p-n биполярный транзистор, состоит из примесного полупроводникового кристалла с двумя областями полупроводника n-типа, разделенными областью полупроводника p-типа, с металлическими контактами, прикрепленными к каждой части.
Проводимость в полупроводниках
Твердое вещество может проводить электрический ток, только если оно содержит заряженные частицы, электроны, которые могут свободно перемещаться и не прикреплены к атомам. В металл проводник, это атомы металла, которые обеспечивают электроны; обычно каждый атом металла высвобождает один из своих внешних орбитальных электронов, чтобы стать электрон проводимости которые могут перемещаться по кристаллу и переносить электрический ток. Следовательно, количество электронов проводимости в металле равно количеству атомов, а это очень большое количество, что делает металлы хорошими проводниками.
В отличие от металлов, атомы, составляющие объемный кристалл полупроводника, не обеспечивают электронов, ответственных за проводимость. В полупроводниках электропроводность обусловлена подвижным носители заряда, электроны или дыры которые обеспечиваются примесями или атомами примеси в кристалле. В примесном полупроводнике концентрация легирующих атомов в кристалле во многом определяет плотность носителей заряда, которая определяет его электрическая проводимость, а также множество других электрических свойств. Это ключ к универсальности полупроводников; их проводимостью можно управлять на много порядков с помощью легирования.
Легирование полупроводников
Легирование полупроводников - это процесс, который превращает собственный полупроводник в примитивный полупроводник. Во время легирования примесные атомы вводятся в собственный полупроводник. Атомы примесей - это атомы другого элемента, чем атомы собственного полупроводника. Атомы примеси действуют как доноры или же акцепторы к собственному полупроводнику, изменяя концентрацию электронов и дырок в полупроводнике. Примесные атомы классифицируются как донорные или акцепторные в зависимости от того, какое влияние они оказывают на собственный полупроводник.
Атомы донорной примеси имеют больше валентные электроны чем атомы, которые они замещают в собственной решетке полупроводника. Донорные примеси «отдают» свои дополнительные валентные электроны в зону проводимости полупроводника, обеспечивая избыточные электроны собственному полупроводнику. Избыточные электроны увеличивают концентрацию электронных носителей (n0) полупроводника, что делает его n-типом.
Атомы акцепторной примеси имеют меньше валентных электронов, чем атомы, которые они замещают в собственной решетке полупроводника. Они «принимают» электроны из валентной зоны полупроводника. Это создает избыточные дырки в собственном полупроводнике. Избыточные дырки увеличивают концентрацию дырочных носителей (p0) полупроводника, создавая полупроводник p-типа.
Полупроводники и легирующие атомы определяются столбцом периодическая таблица в которые они попадают. Определение столбца полупроводника определяет, сколько валентных электронов имеют его атомы и действуют ли атомы примеси в качестве доноров или акцепторов полупроводника.
Группа Полупроводники IV использовать группа V атомы как доноры и группа III атомы в качестве акцепторов.
Группа Полупроводники III – V, то составные полупроводники, использовать группа VI атомы как доноры и группа II атомы в качестве акцепторов. Полупроводники III – V групп также могут использовать группа IV атомы в качестве доноров или акцепторов. Когда атом группы IV замещает элемент группы III в решетке полупроводника, атом группы IV действует как донор. И наоборот, когда атом группы IV замещает элемент группы V, атом группы IV действует как акцептор. Атомы группы IV могут действовать как доноры, так и акцепторы; поэтому они известны как амфотерный примеси.
| Собственный полупроводник | Донорные атомы | Атомы-акцепторы | |
|---|---|---|---|
| Полупроводники IV группы | Кремний, Германий | Фосфор, Мышьяк, Сурьма | Бор, Алюминий, Галлий |
| Полупроводники III – V групп | Фосфид алюминия, Арсенид алюминия, Арсенид галлия, Нитрид галлия | Селен, Теллур, Кремний, Германий | Бериллий, Цинк, Кадмий, Кремний, Германий |
Два типа полупроводников
Полупроводники N-типа
N-тип полупроводники создаются допинг собственный полупроводник с электроном донор элемент во время изготовления. Период, термин n-тип происходит от отрицательного заряда электрона. В n-тип полупроводники, электроны большинство перевозчиков и дыры миноритарные перевозчики. Обычный допант для n-тип кремний фосфор или же мышьяк. В n-тип полупроводник, Уровень Ферми больше, чем у собственного полупроводника, и находится ближе к зона проводимости чем валентная полоса.
Полупроводники P-типа
P-тип полупроводники создаются допинг собственный полупроводник с электроном акцептор элемент во время изготовления. Период, термин р-тип относится к положительному заряду дыры. В отличие от n-тип полупроводники, р-тип полупроводники имеют большую концентрацию дырок, чем концентрацию электронов. В р-тип В полупроводниках дырки являются основными носителями, а электроны - неосновными. Обычный р-тип легирующая добавка для кремния бор или же галлий. За р-тип В полупроводниках уровень Ферми находится ниже собственного уровня Ферми и расположен ближе к валентной зоне, чем к зоне проводимости.
Использование внешних полупроводников
Внешние полупроводники являются компонентами многих обычных электрических устройств. Полупроводник диод (устройства, пропускающие ток только в одном направлении) состоят из полупроводников p-типа и n-типа, помещенных в соединение друг с другом. В настоящее время в большинстве полупроводниковых диодов используется легированный кремний или германий.
Транзисторы (устройства, которые позволяют переключать ток) также используют внешние полупроводники. Биполярные переходные транзисторы (BJT), которые усиливают ток, являются одним из типов транзисторов. Наиболее распространены BJT типа NPN и PNP. Транзисторы NPN имеют два слоя полупроводников n-типа, между которыми расположен полупроводник p-типа. Транзисторы PNP имеют два слоя полупроводников p-типа, между которыми расположен полупроводник n-типа.
Полевые транзисторы (FET) - это еще один тип транзисторов, которые усиливают ток с помощью внешних полупроводников. В отличие от BJT, их называют униполярный потому что они включают работу с одной несущей - N-канал или P-канал. Полевые транзисторы разделены на две группы: соединительный затвор FET (JFET), которые представляют собой три оконечных полупроводника, и полевой транзистор с изолированным затвором (IGFET ), которые являются четырехконцевыми полупроводниками.
Другие устройства, реализующие внешний полупроводник:
Смотрите также
Рекомендации
- Neamen, Дональд А. (2003). Физика полупроводников и устройства: основные принципы (3-е изд.). McGraw-Hill Высшее образование. ISBN 0-07-232107-5.