A propriedade elétrica de um material que fica entre isolante assim como motorista é conhecido como um material semicondutor. Os melhores exemplos de semicondutores são Si e Ge. Os semicondutores são classificados em dois tipos, a saber, semicondutor intrínseco e semicondutor extrínseco (tipo P e tipo N). O tipo intrínseco é um tipo puro de semicondutor, enquanto um tipo extenso inclui impurezas para torná-lo condutor. À temperatura ambiente, a condutividade do intrínseco se tornará zero, enquanto o extrínseco se tornará pouco condutivo. Este artigo discute uma visão geral da intrínseca semicondutores e semicondutores extrínsecos com dopagem e diagramas de banda de energia.
O que é semicondutor intrínseco?
Intrínseco semicondutor a definição é que um semicondutor extremamente puro é um tipo intrínseco. No conceito de banda de energia, a condutividade desse semicondutor se tornará zero à temperatura ambiente, o que é mostrado na figura a seguir. Os exemplos de semicondutores intrínsecos são Si & Ge.
Semicondutor intrínseco
No acima banda de energia diagrama, a banda de condução está vazia enquanto a banda de valência está totalmente preenchida. Uma vez que a temperatura é aumentada, alguma energia térmica pode ser fornecida a ele. Assim, os elétrons da banda de valência são fornecidos em direção à banda de condução, deixando a banda de valência.
Faixa de energia
O fluxo de elétrons ao chegar da valência à banda de condução será aleatório. Os orifícios formados dentro do cristal também podem fluir livremente para qualquer lugar. Portanto, o comportamento deste semicondutor apresentará um TCR negativo ( coeficiente de resistência de temperatura ) O TCR significa que, quando a temperatura aumenta, a resistividade do material diminuirá e a condutividade aumentará.
Diagrama de faixa de energia
O que é Extrinsic Semiconductor?
Para fazer um semicondutor como condutor, algumas impurezas são adicionadas, o que é chamado de semicondutor extrínseco. À temperatura ambiente, este tipo de semicondutor conduzirá uma pequena corrente, no entanto, não é útil para fazer uma variedade de dispositivos eletrônicos . Portanto, para tornar o semicondutor condutor, uma pequena quantidade de impureza apropriada pode ser adicionada ao material por meio do processo de dopagem.
Semicondutor Extrínseco
Doping
O processo de adição de impurezas a um semicondutor é conhecido como dopagem. A quantidade de impureza adicionada ao material deve ser controlada na preparação do semicondutor extrínseco. Em geral, um átomo de impureza pode ser adicionado a 108 átomos de um semicondutor.
Ao adicionar a impureza, o não. de buracos ou elétrons pode ser aumentado para torná-lo condutivo. Por exemplo, se uma impureza pentavalente inclui 5 elétrons de valência que são adicionados a um semicondutor puro, então o não. de elétrons existirá. Com base no tipo de impureza adicionada, o semicondutor extrínseco pode ser classificado em dois tipos, como semicondutor do tipo N e semicondutor do tipo P.
Concentração de portadora em semicondutor intrínseco
Neste tipo de semicondutor, uma vez que os elétrons de valência danificam a ligação covalente e se movem para a banda de condução, dois tipos de portadores de carga são gerados, como buracos e elétrons livres.
O não. de elétrons para cada volume unitário dentro das bandas de condução, caso contrário, o no. de orifícios para cada volume unitário dentro da banda de valência é conhecido como concentração de portador em um semicondutor intrínseco. Da mesma forma, a concentração de portadores de elétrons pode ser definida como o não. de elétrons para cada unidade de volume dentro da banda de condução, enquanto o número de orifícios para cada volume unitário dentro da banda de valência é conhecido como concentração de portadores de orifícios.
No tipo intrínseco, os elétrons que são gerados dentro da banda de condução podem ser equivalentes ao não. de buracos que são gerados dentro da banda de valência. Portanto, a concentração de portadores de elétrons é equivalente à concentração de portadores de buraco. Portanto, pode ser dado como
ni = n = p
Onde ‘n’ é a concentração do transportador de elétrons, ‘P’ é a concentração do transportador do buraco e ‘ni’ é a concentração do transportador intrínseco
Na banda de valência, a concentração do buraco pode ser escrita como
P = Nv e - (EF-ÉV)/PARABT
Na banda de condução, a concentração de elétrons pode ser escrita como
N = P = Nc e - (EC-ÉF)/PARABT
Na equação acima, ‘KB’ é a constante de Boltzmann
‘T’ é a temperatura total do semicondutor do tipo intrínseco
'Nc' é a densidade eficiente de estados dentro da banda de condução.
‘Nv’ é a densidade eficiente de estados dentro da banda de valência.
A condutividade do semicondutor intrínseco
O comportamento desse semicondutor é como um isolante perfeito a zero graus de temperatura. Porque nessa temperatura, a banda de condução está vazia, a banda de valência está cheia e para a condução não há portadores de carga. Porém, em temperatura ambiente, a energia térmica pode ser suficiente para fazer um enorme não. de pares elétron-buraco. Sempre que um campo elétrico é aplicado a um semicondutor, o fluxo de elétrons estará lá por causa do movimento dos elétrons em uma direção e buracos na direção reversa
Para um metal, a densidade de corrente será J = nqEµ
A densidade de corrente dentro de um semicondutor puro por causa do fluxo de buracos e elétrons pode ser dada como
Jn = nqEµn
Jp = pqEµp
Nas equações acima, 'n' é a concentração de elétrons e 'q' é a carga no buraco / elétron, 'p' é a concentração de buracos, 'E' é o campo elétrico aplicado, 'µ'n é o mobilidade de elétrons e ‘µ’p é a mobilidade dos furos.
A densidade de toda a corrente é
J = Jn + Jp
= nqEµn+ pqEµp
I =qE (nµn+ pµp)
Onde J = σE, então a equação será
σE ==qE (nµn+ pµp)
σ = q (nµn+ pµp)
Aqui, 'σ' é a condutividade do semicondutor
O não. de elétrons são iguais ao não. de buracos no semicondutor puro, então n = p = ni
‘Ni’ é a concentração de transportador de material intrínseco, então
J =q (niµn+ niµp)
A condutividade pura do semicondutor será
σ=q (niµn+ niµp)
σ=qni (µn+ µp)
Portanto, a condutividade do semicondutor puro depende principalmente do semicondutor intrínseco e da mobilidade dos elétrons e dos buracos.
FAQs
1). O que é um semicondutor intrínseco e extrínseco?
O tipo puro de semicondutor é o tipo intrínseco, enquanto o extrínseco é, o semicondutor no qual as impurezas podem ser adicionadas para torná-lo condutor.
2). Quais são os exemplos de tipo intrínseco?
Eles são silício e germânio
3). Quais são os tipos de semicondutores extrínsecos?
Eles são semicondutores tipo P e tipo N
4). Por que semicondutores extrínsecos são usados na fabricação de eletrônicos?
Porque a condutividade elétrica do tipo extrínseco é alta em comparação com a intrínseca. Portanto, eles são aplicáveis no projeto de transistores, diodos, etc.
5). Qual é a condutividade do intrínseco?
Em um semicondutor, as impurezas e defeitos estruturais têm uma concentração extremamente baixa é conhecida como condutividade intrínseca.
Portanto, trata-se de um visão geral do semicondutor intrínseco e Semicondutor extrínseco e diagrama de banda de energia com dopagem. Aqui fica uma pergunta para você, qual é a temperatura do intrínseco?
