Daxili Yarıiletken və Xarici Yarımkeçirici - Enerji Bandı və Dopinq nədir?

Yarımkeçiricilər, adından da göründüyü kimi, həm keçiricilərin, həm də izolyatorların xüsusiyyətlərini göstərən bir növ materialdır. Yarımkeçirici bir material, daşıyıcılarını ötürmək üçün sərbəst buraxmaq üçün müəyyən bir gərginlik və ya istilik tələb edir. Bu yarımkeçiricilər daşıyıcıların sayına görə 'daxili' və 'xarici' olaraq təsnif edilir. Daxili daşıyıcı yarımkeçiricinin ən təmiz formasıdır və bərabər sayda elektron (mənfi yük daşıyıcıları) və deşiklər (müsbət yük daşıyıcıları). Ən dərindən istifadə olunan yarımkeçirici materiallar Silicon (Si), Germanium (Ge) və Gallium Arsenide (GaAs). Gəlin bu tip yarımkeçiricilərin xüsusiyyətlərini və davranışını öyrənək. Daxili yarımkeçirici nədir? Daxili yarımkeçirici kimyəvi cəhətdən təmiz material kimi müəyyən edilə bilər. Mövcud olan ən çox bilinən daxili və ya təmiz yarımkeçiricilər Silikon (Si) və Germanium (Ge) dir. Yarımkeçiricinin müəyyən bir gərginlik tətbiq etməsi, atom quruluşundan asılıdır. Silikon və Germaniumun ən xarici qabığının hər birində dörd elektron var. Yaxınlıqdakı atomlar bir -birini sabitləşdirmək üçün valentlik elektronlarının paylaşılmasına əsaslanan kovalent bağlar əmələ gətirirlər. Silisiumun kristal qəfəs strukturunda bu əlaqə Şəkil 1-də göstərilmişdir. Burada iki Si atomunun valent elektronlarının birləşərək Kovalent Bağ əmələ gətirdiyini görmək olar. Şəkil 1. Silikon atomunun kovalent bağlanması Bütün kovalent bağlar sabitdir və keçiricilik üçün heç bir daşıyıcı yoxdur. Burada daxili yarımkeçirici izolyator və ya keçirici olmayan kimi davranır. İndi ətraf mühitin temperaturu otaq temperaturuna yaxınlaşdıqda kovalent bağlar qırılmağa başlayır. Beləliklə, valent təbəqədən elektronlar keçiricilikdə iştirak etmək üçün sərbəst buraxılır. Daha çox sayda daşıyıcı buraxıldığı üçün yarımkeçirici bir keçirici material kimi davranmağa başlayır. Aşağıda verilən enerji zolağı diaqramı, daşıyıcıların valentlik bandından keçiricilik zolağına keçidini izah edir. Enerji zolağı diaqramı Şəkil 2 (a) da göstərilən Enerji zolağı diaqramı, İletkenlik Bandı və Valans Bandı kimi iki səviyyəni təsvir edir. İki zolaq arasındakı boşluq qadağan edilmiş boşluq adlanır Şəkil 2 (a). Enerji zolağı diaqramı Şəkil Şəkil 2 (b). Yarımkeçiricidə keçiricilik və valentlik zolağı elektronları Yarımkeçirici bir material istiliyə və ya tətbiq olunan gərginliyə məruz qaldıqda, şəkil 2 (b) -də göstərildiyi kimi sərbəst elektronlar əmələ gətirən bir neçə kovalent bağ qırılır. Bu sərbəst elektronlar həyəcanlanır və qadağan olunmuş boşluğu aşmaq və valentlik zolağından keçiricilik zolağına daxil olmaq üçün enerji qazanır. Elektron valent zolağından çıxdıqca valentlik zolağında bir deşik buraxır. Daxili yarımkeçiricidə həmişə bərabər sayda elektron və deşik yaradılacaq və buna görə də elektrik neytrallığını nümayiş etdirir. Həm elektronlar, həm də dəliklər daxili yarımkeçiricidə cərəyanın keçirilməsinə cavabdehdirlər. Xarici yarımkeçirici nədir? Xarici yarımkeçirici əlavə çirkli və ya qatqılı yarımkeçirici olan material kimi müəyyən edilir. Dopinq, daşıyıcıların sayını artırmaq üçün qəsdən çirkləri əlavə etmək prosesidir. İstifadə olunan çirkləndirici elementlərə dopantlar deyilir. Xarici keçiricidə elektronların və dəliklərin sayı daha çox olduğundan, daxili yarımkeçiricilərə nisbətən daha çox keçiricilik nümayiş etdirir. İstifadə olunan dopantlara əsaslanaraq, xarici yarımkeçiricilər daha sonra 'N tipli yarımkeçiricilər' və 'P tipli yarımkeçiricilər' olaraq təsnif edilir. Pentavalent elementlərə valentlik qabığında 5 elektron olduğu üçün belə deyilir. Pentavalent natəmizlik nümunələri Fosfor (P), Arsenik (As), Sürmə (Sb) dir. Şəkil 3 -də göstərildiyi kimi, qatıcı atom dörd valent elektronunu dörd qonşu silikon atomu ilə paylaşaraq kovalent bağlar qurur. Beşinci elektron, bağlanan atomun nüvəsinə sərbəst bağlı olaraq qalır. Beşinci elektronu valentlik zolağından çıxarıb keçiricilik zolağına daxil etmək üçün sərbəst buraxmaq üçün çox az ionlaşma enerjisi tələb olunur. Pentavalent çirk, qəfəs quruluşuna əlavə bir elektron verir və buna görə də Donor çirkləri adlanır.Şəkil 3. Donor çirkli N tipli yarımkeçiriciP tipli yarımkeçiricilər: P tipli yarımkeçiricilər üçvalentli yarımkeçirici ilə aşqarlanır. Üç dəyərli çirklərin valentlik qabığında 3 elektron var. Üçlü çirklərin nümunələrinə Bor (B), Galyum (G), Indium (In), Alüminium (Al) daxildir. Şəkil 4 -də göstərildiyi kimi, qatıcı atom yalnız üç qonşu silikon atomu ilə kovalent bağlar qurur və dördüncü silisium atomu ilə bağda bir çuxur və ya boşluq yaranır. Delik, elektronun tutacağı müsbət bir daşıyıcı və ya boşluq rolunu oynayır. Beləliklə üçlü çirklənmə, elektronları asanlıqla qəbul edə biləcək müsbət bir boşluq və ya çuxur verdi və buna görə də Qəbul edən çirklənmə adlanır.  Şəkil 4. Akseptor çirki ilə P tipli yarımkeçirici Daxili yarımkeçiricilərdə daşıyıcının konsentrasiyası. Daşıyıcı konsentrasiyası keçiricilik zolağında vahid həcmə düşən elektronların sayı və ya valentlik zolağında vahid həcmə düşən dəliklərin sayı kimi müəyyən edilir. Tətbiq olunan gərginliyə görə elektron valentlik zolağını tərk edir və yerində müsbət bir çuxur yaradır. Bu elektron daha sonra keçiricilik zolağına daxil olur və cərəyanın keçirilməsində iştirak edir. Daxili yarımkeçiricidə, keçiricilik zolağında yaranan elektronlar valentlik zolağındakı deşiklərin sayına bərabərdir. Buna görə də elektron konsentrasiyası (n) daxili yarımkeçiricidəki çuxur konsentrasiyasına (p) bərabərdir. Daxili yarımkeçiricinin istiliyinə və ya tətbiq olunan gərginliyə məruz qalması səbəbindən elektronlar valentlik bandından keçiricilik bandına keçir və valentlik zolağında müsbət bir boşluq və ya boşluq buraxır. Yenə də bu boşluqlar digər elektronlar tərəfindən doldurulur, çünki daha çox kovalent bağlar qırılır. Beləliklə, elektronlar və deliklər əks istiqamətdə hərəkət edir və daxili yarımkeçirici keçirməyə başlayır. Bir çox kovalent bağlar qırıldıqda keçiricilik artır və bununla da daha çox elektron keçiricilik üçün boşluqlar buraxır. Daxili yarımkeçiricinin keçiriciliyi yük daşıyıcılarının hərəkətliliyi və konsentrasiyası ilə ifadə edilir. Daxili yarımkeçiricinin keçiriciliyi üçün ifadə aşağıdakı kimi ifadə edilir: σ_i=n_i e(μ_e+μ_h) Burada σ_i: daxili keçiriciliyin keçiriciliyi yarımkeçirici n_i: daxili daşıyıcı konsentrasiyası μ_e: elektronların hərəkətliliyi μ_h: deşiklərin hərəkətliliyi Yarıkeçiricilər nəzəriyyəsi MCQs haqqında daha çox məlumat əldə etmək üçün bu linkə müraciət edin.

Mesaj yaz 

Message siyahısı