Halfgeleiers: Intrinsieke Eienskappe en Dotering
You are here: Home » Content » Halfgeleiers: Intrinsieke Eienskappe en Dotering
Based on: Semi-conductors: Intrinsic properties and doping by Free High School Science Texts Project Intrinsieke Eienskappe van DoteringOns het gessien dat die grootte van die energiegaping tussen die valensieband en die geleidingsband bepaal of ‘n vastestof geleier of isolator is. Ons het egter ook gesien dat daar ‘n materiaal is wat bekendstaan as ‘n halfgeleier. ‘n Halfgeleier is ‘n vastestof met ‘n bandgaping kleiner as dié van ‘n isolator en met elektriese eienskappe wat verander kan word deur ‘n proses wat bekendstaan as dotering .Definition 1: Dotering Dotering is the doelbewuste toevoeging van onsuiwerhede by ‘n halfgeleier materiaal om die elektriese eienskappe daarvan Halfgeleiers is gewoonlik in die Groep IV elemente op die periodieke tabel. Die mees algemene halfgeleier elemente is Silikoon (Si) en Germanium (Ge). Die belangrikste eienskap van Groep IV elemente is dat hulle 4 valenselektrone bevat.
Bandgapings van Si en Ge Si het ‘n bandgaping van1.744×10-191.744×10-19 J en Ge het ‘n bandgaping van 1.152×10-191.152×10-19 J. So, as ons kuk na die rangskikking can byvoorbeeld Si atome in ‘n krystal, sal dit lyk soos aangedui in figuur 1.Figuur 1: Rangskikking vat atome in in Si kristal. Die rede hoekom dotering gebruik word is om die elektrone te beheer. Soms om ‘n surplus daarvan te kry (oortollige elketrone) en soms om ‘n tekort daarvan te kry (tekort). Afhangend van die eienskappe wat verlang word, word verskillende elemente vir die dotering gebruik. Surplus’n Surplus van elektrone word verkry deur ‘n element tot die Si kristal toe te voeg wat meer valense elektrone as Si het. Dit staan bekend as n-tipe dotering en elemente wat gebruik word vir n-tipe dotering kom gewoonlik van Groep V in die periodieke tabel. Elemente van Groep V het 5 valenselektrone, een meer as die Groep VI elemente. ‘n Algemene n-tipe doteringselement is Arseen (As). Die kombinasie van ‘n halfgeleier en ‘n n-tipe doteringselement staan bekend as ‘n n-tipe halfgeleier. ‘n Kristal wat gedoteer is met As word vertoon in figuur 2. Wannner As teogevoeg word tot ‘n Si kristal, bind 4 van die 5 valenselektrone in As met die 4 Si valenselektrone. Die vyfde As valenselektron is vry om rond te beweeg. Dit neem slegs ‘n paar As atome om genoeg vryelektrone te lewer wat as ‘n stroom kan vloei deur die doteerde n-tipe silikon. Aangesien die n-tipe doteringselemente hulle vry atome “skenk” aan die halfgeleier, is hulle bekend as skenker atome.Figuur 2: Si kristal gedoteer met As. Vir elke As atoom teenwoordig in die Si kristal, is daar een ekstra elektron.Hierdie kombinasie van Si en As staan bekend as n-tipe haldgeleier, as gevolg van die surplus van elektrone.Deficiency’n Tekort aan elektrone word verkry deur ‘n element met minder valenselektrone as Si by die Si kristal te voeg. Hierdie resulterende materiale staan bekend as p-tipe dotering en elemente gebruik vir p-tipe dotering kom gewoonlik van Groep III in die periodieke tabel. Elemente van Groep III het 3 valenselektrone, een minder as die halfgeleier element van Groep IV. ‘n Algemene p-tipe doteringselement is Boor (B). Die kombinasie van die halfgeleier en die p-tipe doteringselement staan bekend as ‘n p-tipe halfgeleier. ‘n Si kristal wat met B gedoteer is word is in figuur 3. Wanneer B by Si gevoeg word is daar ‘n Si valenselektron wat ongebonde bly. Die terkort aan ‘n elektron staan bekend as ‘n gat en veroorsaak ‘n positiewe lading. Gate kan stroom gelei. ‘n Gat ontvang graag ‘n elektron van ‘n naburige atoom, wat effektief die gat een opskuif. Aangesien p-tipe doteringselemente elektrone ontvang, staan hulle bekend as ontvanger atome.Figuur 3: Si kristalle gedoteer met B. Vir elke B atoom teenwoordig in die Si kristal, is daar ten minste een elektron. Die kombinasie van Si en B staan bekend as p-tipe halfgeleier, as gevolg van die tekort aan elektrone. Skenker (n-tipe) onsuiwerhede het ekstra valenselektrone met energieë baie naby aan die geleidingsband wat maklik termies tot die geleidingsband gebring kan word. Ontvanger (p-tipe) onsuiwerhede ontvang elektrone van die valensband, wat die maklike vorming van gate tot gevolg het. Figuur 4
Die energievlak van die skenkeratoom is naby aan die geleidingsband en dit is relatief maklik vir elektrone om in die geleidingsband in te gaan. Die energievlak van die ontvangeratoom is naby aan die valensband en dit is relatief maklik vir elektrone om die valensband te verlaat en die ruimtes te vul. Intrinsieke eienskappe van Dotering Verduidelik die proses van dotering deur gebruik te maak van gedetailleerde diagramme vir p-tipe en n-tipe halfgeleiers.
Teken ‘n diagram wat ‘n Ge kristal gedoteer met As aandui.
Teken ‘n diagram wat ‘n Ge kristal gedoteer met B aandui. Wat is die tipe van die resulterende halfgeleier?
Verduidelik hoe die dotering geleiding van halfgeleiers verbeter.
Sal die volgende elemente goeie p-tip of goeie n-tipe doteringselemente wees?
This work is licensed by Free High School Science Texts Project under a Creative Commons Attribution License (CC-BY 3.0), and is an Open Educational Resource. Last edited by Free High School Science Texts Project on Jul 30, 2011 9:47 am -0500. Add to a lens