คุณสมบัติทางไฟฟ้าของวัสดุที่อยู่ระหว่าง ฉนวน เช่นเดียวกับ คนขับ เรียกว่าวัสดุเซมิคอนดักเตอร์ ตัวอย่างเซมิคอนดักเตอร์ที่ดีที่สุด ได้แก่ Si และ Ge สารกึ่งตัวนำแบ่งออกเป็นสองประเภท ได้แก่ เซมิคอนดักเตอร์ภายในและเซมิคอนดักเตอร์ภายนอก (ชนิด P และชนิด N) ประเภทที่อยู่ภายในเป็นเซมิคอนดักเตอร์บริสุทธิ์ในขณะที่ประเภทที่กว้างขวางรวมถึงสิ่งสกปรกที่ทำให้เป็นสื่อกระแสไฟฟ้า ที่อุณหภูมิห้องการนำไฟฟ้าภายในจะกลายเป็นศูนย์ในขณะที่ภายนอกจะกลายเป็นตัวนำไฟฟ้าเพียงเล็กน้อย บทความนี้กล่าวถึงภาพรวมของเนื้อแท้ เซมิคอนดักเตอร์ และเซมิคอนดักเตอร์ภายนอกที่มีไดอะแกรมวงยาสลบและพลังงาน
Intrinsic Semiconductor คืออะไร?
เนื้อแท้ สารกึ่งตัวนำ นิยามคือเซมิคอนดักเตอร์ที่บริสุทธิ์มากเป็นชนิดที่อยู่ภายใน ในแนวคิดแถบพลังงานการนำไฟฟ้าของเซมิคอนดักเตอร์นี้จะกลายเป็นศูนย์ที่อุณหภูมิห้องซึ่งแสดงในรูปต่อไปนี้ ตัวอย่างเซมิคอนดักเตอร์ที่แท้จริงคือ Si & Ge
Intrinsic Semiconductor
ในข้างต้น วงพลังงาน ไดอะแกรมแถบการนำไฟฟ้าว่างเปล่าในขณะที่วงวาเลนซ์เต็มไปหมด เมื่ออุณหภูมิเพิ่มขึ้นสามารถจ่ายพลังงานความร้อนบางส่วนให้กับมันได้ ดังนั้นอิเล็กตรอนจากวงวาเลนซ์จึงถูกส่งไปยังแถบการนำกระแสโดยออกจากวงวาเลนซ์
วงพลังงาน
การไหลของอิเล็กตรอนในขณะที่ถึงจากเวเลนซ์ไปยังแถบการนำไฟฟ้าจะเป็นแบบสุ่ม รูที่เกิดขึ้นภายในคริสตัลยังสามารถไหลไปที่ไหนก็ได้อย่างอิสระ ดังนั้นพฤติกรรมของเซมิคอนดักเตอร์นี้จะแสดง TCR เชิงลบ ( ค่าสัมประสิทธิ์อุณหภูมิของความต้านทาน ). TCR หมายถึงเมื่ออุณหภูมิเพิ่มขึ้นความต้านทานของวัสดุจะลดลงและค่าการนำไฟฟ้าจะเพิ่มขึ้น
แผนภาพวงพลังงาน
Extrinsic Semiconductor คืออะไร?
ในการสร้างเซมิคอนดักเตอร์เหมือนสื่อกระแสไฟฟ้าจากนั้นจะมีการเพิ่มสิ่งสกปรกบางอย่างซึ่งเรียกว่าเซมิคอนดักเตอร์ภายนอก ที่อุณหภูมิห้องเซมิคอนดักเตอร์ประเภทนี้จะนำกระแสไฟฟ้าเล็กน้อยอย่างไรก็ตามไม่เป็นประโยชน์ในการสร้างความหลากหลาย อุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ . ดังนั้นในการทำให้เซมิคอนดักเตอร์เป็นสื่อกระแสไฟฟ้าจึงสามารถเติมสิ่งเจือปนที่เหมาะสมลงในวัสดุได้เล็กน้อยผ่านกระบวนการเติมสาร
สารกึ่งตัวนำภายนอก
ยาสลบ
กระบวนการเพิ่มสิ่งเจือปนให้กับเซมิคอนดักเตอร์เรียกว่ายาสลบ ปริมาณสิ่งเจือปนที่เติมลงในวัสดุต้องควบคุมในการเตรียมสารกึ่งตัวนำภายนอก โดยทั่วไปอะตอมที่ไม่บริสุทธิ์หนึ่งตัวสามารถเพิ่มเข้าไปใน 108 อะตอมของสารกึ่งตัวนำ
โดยการเพิ่มสิ่งเจือปนหมายเลข ของรูหรืออิเล็กตรอนสามารถเพิ่มขึ้นเพื่อให้เป็นสื่อกระแสไฟฟ้า ตัวอย่างเช่นถ้าสิ่งเจือปนของ Pentavalent รวมถึงอิเล็กตรอน 5 วาเลนซ์ที่เติมลงในเซมิคอนดักเตอร์บริสุทธิ์ก็จะไม่มี จะมีอิเล็กตรอนอยู่ ขึ้นอยู่กับชนิดของสิ่งเจือปนที่เพิ่มเข้ามาสารกึ่งตัวนำภายนอกสามารถแบ่งออกเป็นสองประเภทเช่นเซมิคอนดักเตอร์ประเภท N และเซมิคอนดักเตอร์ชนิด P
ความเข้มข้นของผู้ให้บริการในสารกึ่งตัวนำภายใน
ในเซมิคอนดักเตอร์ประเภทนี้เมื่อเวเลนซ์อิเล็กตรอนสร้างความเสียหายให้กับพันธะโควาเลนต์และเคลื่อนที่เข้าไปในแถบการนำมากกว่าตัวพาประจุสองชนิดจะถูกสร้างขึ้นเช่นรูและอิเล็กตรอนอิสระ
หมายเลข ของอิเล็กตรอนสำหรับแต่ละหน่วยปริมาตรภายในแถบการนำไฟฟ้ามิฉะนั้นจะไม่มี ของรูสำหรับแต่ละหน่วยปริมาตรภายในวงวาเลนซ์เรียกว่าความเข้มข้นของพาหะในสารกึ่งตัวนำภายใน ในทำนองเดียวกันความเข้มข้นของผู้ให้บริการอิเล็กตรอนสามารถกำหนดเป็นหมายเลขได้ ของอิเล็กตรอนสำหรับแต่ละหน่วยปริมาตรภายในแถบการนำไฟฟ้าในขณะที่ไม่มี ของรูสำหรับแต่ละหน่วยปริมาตรภายในวงวาเลนซ์เรียกว่าความเข้มข้นของตัวพารู
ในประเภทเนื้อแท้อิเล็กตรอนที่ถูกสร้างขึ้นภายในแถบการนำไฟฟ้าสามารถเทียบเท่ากับเลขที่ ของรูที่สร้างขึ้นภายในวงวาเลนซ์ ดังนั้นความเข้มข้นของตัวพาอิเล็กตรอนจึงเทียบเท่ากับความเข้มข้นของตัวพารู ดังนั้นจึงสามารถกำหนดเป็น
พรรณี = n = p
โดยที่ ‘n’ คือความเข้มข้นของตัวพาอิเล็กตรอน ‘P’ คือความเข้มข้นของพาหะของรู & ‘ni’ คือความเข้มข้นของตัวพาภายใน
ในแถบวาเลนซ์ความเข้มข้นของรูสามารถเขียนเป็น
P = Nv e - (Eฉ-คือV)/ถึงขที
ในแถบการนำความเข้มข้นของอิเล็กตรอนสามารถเขียนเป็น
N = P = Nc จ - (Eค-คือฉ)/ถึงขที
ในสมการข้างต้น 'KB' คือค่าคงที่ของ Boltzmann
‘T’ คืออุณหภูมิรวมของสารกึ่งตัวนำชนิดภายใน
'Nc' คือความหนาแน่นที่มีประสิทธิภาพของสถานะภายในแถบการนำไฟฟ้า
'Nv' คือความหนาแน่นที่มีประสิทธิภาพของสถานะภายในวงวาเลนซ์
การนำไฟฟ้าของสารกึ่งตัวนำภายใน
ลักษณะการทำงานของสารกึ่งตัวนำนี้เปรียบเสมือนฉนวนที่สมบูรณ์แบบที่อุณหภูมิศูนย์องศา เนื่องจากที่อุณหภูมินี้แถบการนำไฟฟ้าจะว่างเปล่าแถบความจุเต็มและสำหรับการนำไฟฟ้าจะไม่มีตัวพาประจุ อย่างไรก็ตามที่อุณหภูมิห้องพลังงานความร้อนสามารถเพียงพอที่จะทำให้เกิดจำนวนมากได้ ของคู่อิเล็กตรอน - รู เมื่อใดก็ตามที่สนามไฟฟ้าถูกนำไปใช้กับเซมิคอนดักเตอร์จากนั้นอิเล็กตรอนจะไหลไปที่นั่นเนื่องจากการเคลื่อนที่ของอิเล็กตรอนภายในทิศทางเดียวและรูในทิศทางย้อนกลับ
สำหรับโลหะความหนาแน่นกระแสจะเป็น J = nqEµ
ความหนาแน่นกระแสภายในเซมิคอนดักเตอร์บริสุทธิ์เนื่องจากการไหลของรูและอิเล็กตรอนสามารถกำหนดเป็น
Jn = nqEµn
Jp = pqEµน
ในสมการข้างต้น ‘n’ คือความเข้มข้นของอิเล็กตรอนและ ‘q’ คือประจุบนรู / อิเล็กตรอน ‘p’ คือความเข้มข้นของโฮล ‘E’ คือสนามไฟฟ้าที่ประยุกต์ ‘µ’n คือ การเคลื่อนที่ของอิเล็กตรอน และ 'µ’p คือความคล่องตัวของหลุม
ความหนาแน่นของกระแสไฟฟ้าทั้งหมดคือ
J = Jn + Jp
= nqEµn+ pqEµน
ฉัน =qE (nµn+ pµน)
โดยที่ J = σEแล้วสมการจะเป็น
σE ==qE (nµn+ pµน)
σ = q (nµn+ pµน)
ในที่นี้ ‘σ’ คือการนำไฟฟ้าของเซมิคอนดักเตอร์
หมายเลข ของอิเล็กตรอนเท่ากับเลขที่ ของรูในเซมิคอนดักเตอร์บริสุทธิ์ดังนั้น n = p = ni
‘ni’ คือความเข้มข้นของตัวพาหะของวัสดุที่อยู่ภายในดังนั้น
เจ =q (niµn+ นิน)
การนำสารกึ่งตัวนำบริสุทธิ์จะเป็น
σ=q (niµn+ นิน)
σ=qni (µn+ µน)
ดังนั้นการนำไฟฟ้าของเซมิคอนดักเตอร์บริสุทธิ์ส่วนใหญ่ขึ้นอยู่กับการเคลื่อนที่ของเซมิคอนดักเตอร์ภายในและอิเล็กตรอนและรู
คำถามที่พบบ่อย
1). เซมิคอนดักเตอร์ที่อยู่ภายในและภายนอกคืออะไร?
เซมิคอนดักเตอร์ชนิดบริสุทธิ์เป็นชนิดที่อยู่ภายในในขณะที่ภายนอกคือเซมิคอนดักเตอร์ที่สามารถเพิ่มสิ่งสกปรกเพื่อให้เป็นสื่อกระแสไฟฟ้าได้
2). อะไรคือตัวอย่างของประเภทเนื้อแท้?
พวกเขาคือซิลิคอนและเจอร์เมเนียม
3). เซมิคอนดักเตอร์ภายนอกประเภทใดบ้าง
เป็นสารกึ่งตัวนำชนิด P และชนิด N
4) เหตุใดจึงใช้เซมิคอนดักเตอร์ภายนอกในการผลิตอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์
เนื่องจากความสามารถในการนำไฟฟ้าของชนิดภายนอกมีค่าสูงเมื่อเทียบกับเนื้อแท้ ดังนั้นจึงใช้ในการออกแบบทรานซิสเตอร์ไดโอด ฯลฯ
5). การนำไฟฟ้าของเนื้อแท้คืออะไร?
ในเซมิคอนดักเตอร์สิ่งสกปรกและข้อบกพร่องของโครงสร้างมีความเข้มข้นต่ำมากเรียกว่าการนำไฟฟ้าภายใน
ดังนั้นทั้งหมดนี้จึงเกี่ยวกับไฟล์ ภาพรวมของ Intrinsic Semiconductor และ Extrinsic Semiconductor และแผนภาพวงพลังงานด้วยยาสลบ นี่คือคำถามสำหรับคุณอุณหภูมิที่แท้จริงคืออะไร?
