Βίντεο: 12.8 Semiconductors & Band Theory 2024
Τα διόδους και τα τρανζίστορ είναι κατασκευασμένα από ημιαγωγούς όπως το πυρίτιο και το γερμάνιο. Οι καθαροί ημιαγωγοί δεν θα διεξάγουν ηλεκτρικό ρεύμα, αλλά εάν φέρετε ένα ημιαγωγό με την προσθήκη ορισμένων τύπων ακαθαρσιών, γνωστών ως dopants , αλλάζετε τα ηλεκτρικά χαρακτηριστικά του ημιαγωγού και συμπεριφορά όταν εφαρμόζεται μια τάση με τον σωστό τρόπο.
Τα άτομα ενός καθαρού ημιαγωγού, όπως το πυρίτιο, συγκρατούνται μαζί με ισχυρούς ομοιοπολικούς δεσμούς σε μια τρισδιάστατη κρυσταλλική δομή. Κάθε άτομο πυριτίου μοιράζεται τα 8 σώματα του (εξωτερικού) σθένους με τα γειτονικά άτομα. Με το ντόπινγκ ένα καθαρό υλικό ημιαγωγών, αναστατώσατε τους δεσμούς του και ελευθερώσατε φορείς φορτίου .
Τα επίκαιρα δεν είναι ντόπια. προσπαθούν να μεταμφιεστούν ως ένα από τα άτομα του κρυστάλλου, προσπαθώντας να συνδεθούν με τα άλλα άτομα, αλλά είναι αρκετά διαφορετικά ώστε να ανακατέψουν τα πράγματα λίγο. Για παράδειγμα, ένα άτομο αρσενικού έχει ένα ακόμη εξωτερικό ηλεκτρόνιο από ένα άτομο πυριτίου. Όταν προσθέτετε μια μικρή ποσότητα αρσενικού σε μια δέσμη ατόμων πυριτίου, κάθε άτομο αρσενικού μυϊκώνει το δρόμο του, συνδέοντας με τα άτομα του πυριτίου, αφήνοντας όμως το επιπλέον ηλεκτρόνιο να παρασύρεται γύρω από τον κρύσταλλο. Παρόλο που το doped υλικό είναι ηλεκτρικά ουδέτερο, περιέχει τώρα ένα σωρό ελεύθερα ηλεκτρόνια που περιπλανιούνται άσκοπα - καθιστώντας το πολύ πιο αγώγιμο. Με το ντόπινγκ το πυρίτιο, αλλάζετε τις ηλεκτρικές του ιδιότητες: Όπου προστίθεται το πρόσθετο, το πυρίτιο γίνεται πιο αγώγιμο.
Ένας άλλος τρόπος να κάνουμε τα ημιαγωγοί είναι να χρησιμοποιήσουμε υλικά όπως το βόριο, όπου κάθε άτομο έχει ένα ηλεκτρόνιο σθένους λιγότερα από ό, τι ένα άτομο πυριτίου. Για κάθε άτομο βορίου που προσθέτετε σε κρύσταλλο πυριτίου, παίρνετε ό, τι είναι γνωστό ως τρύπα στην κρυσταλλική δομή όπου πρέπει να είναι ένα εξωτερικό ηλεκτρόνιο. Όπου υπάρχει μια τρύπα στη δομή, ο δεσμός που συγκρατεί τα άτομα μαζί είναι τόσο ισχυρός, θα κλέψει ένα ηλεκτρόνιο από άλλο άτομο για να γεμίσει την τρύπα, αφήνοντας μια τρύπα κάπου αλλού, η οποία στη συνέχεια γεμίζει με άλλο ηλεκτρόνιο κ.ο.κ.
Μπορείτε να σκεφτείτε αυτή τη διαδικασία καθώς η τρύπα κινείται μέσα στο κρύσταλλο. (Λοιπόν, τα ηλεκτρόνια κινούνται, αλλά φαίνεται ότι η θέση της τρύπας συνεχίζει να κινείται.) Επειδή κάθε οπή αντιπροσωπεύει ένα ηλεκτρονικό που λείπει, η κίνηση των οπών έχει το ίδιο αποτέλεσμα με μια ροή θετικών φορτίων.
Οι ακαθαρσίες που απελευθερώνουν ηλεκτρόνια (αρνητικά φορτία) για να κινούνται μέσω ενός ημιαγωγού ονομάζονται dopant δότες , και το doped semiconductor είναι γνωστό ως ημιαγωγός τύπου N . Το αρσενικό είναι ένα τυπικό παράγοντα πρόσμιξης δότη.
Οι ακαθαρσίες (όπως το βόριο) που απελευθερώνουν οπές (όπως τα θετικά φορτία) να μετακινούνται μέσω ενός ημιαγωγού ονομάζονται dopant δέκτες , και ο doped semiconductor είναι γνωστός ως
