ما هي أشباه الموصلات الجوهرية وأشباه الموصلات الخارجية؟

ما هي أشباه الموصلات الجوهرية وأشباه الموصلات الخارجية؟

الخاصية الكهربائية لمادة تقع بين عازل إلى جانب سائق يُعرف باسم مادة أشباه الموصلات. أفضل الأمثلة على أشباه الموصلات هي Si و Ge. يتم تصنيف أشباه الموصلات إلى نوعين هما أشباه الموصلات الجوهرية وأشباه الموصلات الخارجية (النوع P و النوع N). النوع الجوهري هو نوع نقي من أشباه الموصلات بينما النوع الواسع يشمل الشوائب لجعلها موصلة. في درجة حرارة الغرفة ، ستصبح موصلية الجوهر صفراً بينما تصبح الموصلية الخارجية قليلة. تتناول هذه المقالة نظرة عامة على مضمنة أشباه الموصلات وأشباه الموصلات الخارجية مع مخططات توزيع المنشطات والطاقة.



ما هي أشباه الموصلات الجوهرية؟

حقيقي أشباه الموصلات التعريف هو أن أشباه الموصلات شديدة النقاوة هي نوع جوهري. فيما يتعلق بمفهوم نطاق الطاقة ، ستصبح موصلية أشباه الموصلات هذه صفراً عند درجة حرارة الغرفة كما هو موضح في الشكل التالي. أمثلة أشباه الموصلات الجوهرية هي Si & Ge.


أشباه الموصلات الجوهرية

أشباه الموصلات الجوهرية





في ما سبق فرقة الطاقة رسم بياني ، شريط التوصيل فارغ بينما يتم ملء شريط التكافؤ بالكامل. بمجرد زيادة درجة الحرارة ، يمكن توفير بعض الطاقة الحرارية لها. لذلك يتم توفير الإلكترونات من نطاق التكافؤ باتجاه نطاق التوصيل عن طريق مغادرة نطاق التكافؤ.

نطاق الطاقة

نطاق الطاقة



سيكون تدفق الإلكترونات أثناء الوصول من التكافؤ إلى نطاق التوصيل عشوائيًا. يمكن أن تتدفق الثقوب المتكونة داخل البلورة أيضًا بحرية في أي مكان. لذلك ، سيُظهر سلوك أشباه الموصلات هذا TCR سلبيًا ( معامل درجة حرارة المقاومة ). يعني TCR أنه عندما ترتفع درجة الحرارة ، ستنخفض مقاومة المادة وستزداد الموصلية.

مخطط نطاق الطاقة

مخطط نطاق الطاقة

ما هي أشباه الموصلات الخارجية؟

لجعل أشباه الموصلات مثل الموصل ، يتم إضافة بعض الشوائب وهو ما يسمى أشباه الموصلات الخارجية. في درجة حرارة الغرفة ، سيجري هذا النوع من أشباه الموصلات تيارًا صغيرًا ، ومع ذلك ، فإنه لا يفيد في صنع مجموعة متنوعة من الأجهزة الإلكترونية . لذلك ، لجعل أشباه الموصلات موصلة ، يمكن إضافة كمية قليلة من الشوائب المناسبة إلى المادة من خلال عملية المنشطات.

أشباه الموصلات الخارجية

أشباه الموصلات الخارجية

منشطات

تُعرف عملية إضافة النجاسة إلى أشباه الموصلات باسم المنشطات. يجب التحكم في كمية الشوائب المضافة إلى المادة في تحضير أشباه الموصلات الخارجية. بشكل عام ، يمكن إضافة ذرة شائبة واحدة إلى 108 ذرة من أشباه الموصلات.


بجمع النجاسة لا. يمكن زيادة الثقوب أو الإلكترونات لجعلها موصلة للكهرباء. على سبيل المثال ، إذا تضمنت شوائب خماسية التكافؤ 5 إلكترونات تكافؤ تمت إضافتها إلى شبه موصل نقي ، فيكون الرقم لا من الإلكترونات سوف توجد. بناءً على نوع الشوائب المضافة ، يمكن تصنيف أشباه الموصلات الخارجية إلى نوعين مثل أشباه الموصلات من النوع N وأشباه الموصلات من النوع P.

تركيز الناقل في أشباه الموصلات الجوهرية

في هذا النوع من أشباه الموصلات ، بمجرد أن تتسبب إلكترونات التكافؤ في إتلاف الرابطة التساهمية والانتقال إلى نطاق التوصيل ، سيتم إنشاء نوعين من ناقلات الشحن مثل الثقوب والإلكترونات الحرة.
لا. من الإلكترونات لكل وحدة حجم داخل نطاقات التوصيل بخلاف ذلك لا. من الثقوب لكل وحدة حجم داخل نطاق التكافؤ يُعرف بتركيز الناقل في أشباه الموصلات الجوهرية. وبالمثل ، يمكن تعريف تركيز حامل الإلكترون على أنه لا. من الإلكترونات لكل وحدة حجم داخل نطاق التوصيل بينما لا. عدد الثقوب لكل وحدة حجم داخل نطاق التكافؤ يُعرف بتركيز حامل الثقوب.

في النوع الجوهري ، يمكن أن تكون الإلكترونات التي يتم إنشاؤها داخل نطاق التوصيل معادلة لـ no. من الثقوب التي يتم إنشاؤها داخل نطاق التكافؤ. لذلك فإن تركيز حاملات الإلكترون يكافئ تركيز حامل الثقب. لذلك يمكن إعطاؤه كـ

ني = ن = ص

حيث 'n' هو تركيز حامل الإلكترون ، 'P' هو تركيز الناقل للثقب و 'ني' هو تركيز الناقل الداخلي

في شريط التكافؤ ، يمكن كتابة تركيز الفتحة على شكل

P = Nv e - (EF-يكونالخامس)/إلىبتي

في نطاق التوصيل ، يمكن كتابة تركيز الإلكترون على شكل

N = P = Nc e - (E.ج-يكونF)/إلىبتي

في المعادلة أعلاه ، 'KB' هو ثابت بولتزمان

'T' هي درجة الحرارة الإجمالية لأشباه الموصلات من النوع الجوهري

'Nc' هي الكثافة الفعالة للحالات داخل نطاق التوصيل.

'Nv' هي الكثافة الفعالة للحالات داخل نطاق التكافؤ.

الموصلية لأشباه الموصلات الجوهرية

يشبه سلوك أشباه الموصلات هذا عازلًا مثاليًا عند درجة حرارة صفر. لأنه عند درجة الحرارة هذه ، يكون شريط التوصيل فارغًا ، وشريط التكافؤ ممتلئ وللتوصيل ، لا توجد ناقلات شحن. ومع ذلك ، في درجة حرارة الغرفة ، يمكن أن تكون الطاقة الحرارية كافية لتحقيق رقم ضخم. من أزواج ثقب الإلكترون. عندما يتم تطبيق مجال كهربائي على أشباه الموصلات ، وبعد ذلك سيكون تدفق الإلكترونات هناك بسبب حركة الإلكترونات في اتجاه واحد والثقوب في الاتجاه العكسي

بالنسبة للمعدن ، ستكون كثافة التيار J = nqEµ

يمكن إعطاء كثافة التيار داخل أشباه الموصلات النقية بسبب تدفق الثقوب والإلكترونات

Jn = nqEµن

Jp = pqEµص

في المعادلات أعلاه ، 'n' هو تركيز الإلكترونات و 'q' هو الشحنة الموجودة على الثقب / الإلكترون ، و 'p' هو تركيز الثقوب ، و 'E' هو المجال الكهربائي المطبق ، و '’n هو تنقل الإلكترون و 'µ’p هو التنقل الثقوب.

كثافة التيار كله

J = Jn + Jp

= nqEµن+ pqEµص

أنا =qE (nµن+ صص)

حيث J = σE ، ستكون المعادلة

σE ==qE (nµن+ صص)

σ = q (nµن+ صص)

هنا 'σ' هي موصلية أشباه الموصلات

لا. من الإلكترونات تساوي الرقم. من الثقوب في أشباه الموصلات النقية لذلك n = p = ni

'ني' هو التركيز الحامل للمادة الجوهرية ، لذلك

ي =ف (نيµن+ نيµص)

سيكون الموصلية النقية لأشباه الموصلات

σ=ف (نيµن+ نيµص)

σ=qni (µن+ µص)

لذا فإن موصلية أشباه الموصلات النقية تعتمد بشكل أساسي على أشباه الموصلات الجوهرية وحركة الإلكترونات والثقوب.

أسئلة وأجوبة

1). ما هي أشباه الموصلات الجوهرية والخارجية؟

النوع النقي لأشباه الموصلات هو النوع الجوهري بينما النوع الخارجي هو أشباه الموصلات حيث يمكن إضافة الشوائب لجعلها موصلة.

2). ما هي أمثلة النوع الجوهري؟

هم السيليكون والجرمانيوم

3). ما هي أنواع أشباه الموصلات الخارجية؟

هم من أشباه الموصلات من النوع P و N.

4) لماذا تستخدم أشباه الموصلات الخارجية في صناعة الإلكترونيات؟

لأن الموصلية الكهربائية من النوع الخارجي عالية بالمقارنة مع الجوهر. لذلك فهذه قابلة للتطبيق في تصميم الترانزستورات والثنائيات وما إلى ذلك.

5). ما هي موصلية الجوهر؟

في أشباه الموصلات ، تُعرف الشوائب والعيوب الهيكلية بتركيز منخفض للغاية باسم التوصيل الداخلي.

وبالتالي ، هذا كل شيء عن نظرة عامة على أشباه الموصلات الجوهرية وأشباه الموصلات الخارجية ومخطط نطاق الطاقة مع المنشطات. إليك سؤال لك ، ما هي درجة حرارة الجوهر؟