Forskjellen mellom p-type og n-type halvleder
Share
Hovedforskjell - p-type vs. n-type halvleder
p-type og n-type halvledere er helt avgjørende for bygging av moderne elektronikk. De er veldig nyttige fordi deres ledningsevne kan lett kontrolleres. Dioder og transistorer, som er sentrale for all slags moderne elektronikk, krever p-type og n-type halvledere for deres konstruksjon. De hovedforskjell mellom p-type og n-type halvleder er det p-type halvledere er laget ved å tilsette urenheter av gruppe III-elementer til inneboende halvledere mens, i n-type halvledere, urenheter er gruppe-IV elementer.
Hva er en halvleder
EN halvledere er et materiale som har en konduktivitet mellom en leder og en isolator. I bandteori av faste stoffer, energinivå er representert i form av bånd. Under denne teorien skal elektroner fra valensbåndet kunne bevege seg opp til ledningsbåndet for et materiale som skal gjennomføres. Merk at "flytte opp" her betyr ikke en elektron fysisk beveger seg opp, men et elektron får en mengde energi som er forbundet med energiene til ledningsbåndet). Ifølge teorien har metaller (som er ledere) en båndstruktur der valensbåndet overlapper med ledningsbåndet. Som et resultat kan metaller lett lede strøm. I isolatorer, den band gap mellom valensbåndet og ledningsbåndet er ganske stort slik at det er ekstremt vanskelig for elektroner å komme inn i ledningsbåndet. Derimot har halvledere et lite gap mellom valens og ledningsbånd. Ved å øke temperaturen, for eksempel, er det mulig å gi elektroner nok energi som gjør at de kan bevege seg fra valensbåndet opp til ledningsbåndet. Elektronene kan da bevege seg i ledningsbåndet og halvlederen kan lede strøm.
Hvordan metaller (ledere), halvledere og isolatorer er sett under båndteorien om faste stoffer.
Intrinsic halvledere er elementer med fire valenselektroner per atom, dvs. elementer som forekommer i "Gruppe-IV" i det periodiske bordet, slik som silisium (Si) og germanium (Ge). Siden hvert atom har fire valenselektroner, kan hver av disse valenselektronene danne en kovalent binding med en av valenselektronene i et nærliggende atom. På denne måten vil alle valenselektronene være involvert i en kovalent binding. Strengt tatt er dette ikke tilfelle: En rekke elektroner er avhengig av temperaturen i stand til å "bryte" sine kovalente bindinger og ta del i ledningen. Imidlertid er det mulig å øke ledelsesevnen til en halvleder sterkt ved å legge små mengder av urenhet til halvlederen i en prosess som kalles doping. Urenheten som legges til den inneboende halvlederen kalles dope. En dopet halvleder refereres til som en ekstrinsisk halvleder.
Hva er en n-type halvleder
en n-type halvleder gjøres ved å legge til en liten mengde av et Group-V-element som fosfor (P) eller arsen (As) til den indre halvlederen. Gruppe-V-elementene har fem valenselektroner per atom. Derfor, når disse atomene gjør bindinger med gruppe-IV-atomene, kan bare fire av de fem valenselektronene på grunn av atomens struktur av materialet være involvert i kovalente bindinger. Dette betyr at per hvert dopantatom er det en ekstra "fri" elektron som deretter kan gå inn i ledningsbåndet og begynne å lede strøm. Derfor dopantatomer i n-type halvledere kalles givere fordi de "donerer" elektroner til ledningsbåndet. Med hensyn til båndteorien kan vi forestille oss de frie elektronene fra givere som har et energinivå nær energiene til ledningsbåndet. Siden energikløpet er lite, kan elektronene lett hoppe inn i ledningsbåndet og begynne å utføre en strøm.
Hva er en p-type halvleder
EN p-type halvleder er laget ved doping en egenhalvleder med gruppe III-elementer som bor (B) eller aluminium (Al). I disse elementene er det bare tre valenselektroner per atom. Når disse atomer blir tilsatt til en egenhalvleder, kan hver av de tre elektroner danne kovalente bindinger med valenselektroner fra tre av de omkringliggende atomer av den inneboende halvleder. På grunn av den krystallinske strukturen kan dopantatomet imidlertid frembringe en annen kovalent binding hvis den hadde en ekstra elektron. Med andre ord er det nå en "ledig stilling" for en elektron, og ofte kalles en "ledig stilling" a hull. Dopanten atom kan nå ta en elektron ut av en av de omkringliggende atomer og bruke det til å danne et bånd. I p-type halvledere, dopantatomer kalles akseptorer siden de tar elektroner for seg selv.
Nå, det atom som hadde en elektron stjålet fra den, er igjen med et hull også. Dette atom kan nå stjele et elektron fra en av naboene, som i sin tur kan stjele et elektron fra en av det er naboer ... og så videre. På den måten kan vi faktisk forestille seg at et "positivt ladet hull" kan bevege seg gjennom valensbåndet av et materiale, på samme måte som en elektron kan bevege seg gjennom ledningsbåndet. "Bevegelsen av hull" i ledningsbåndet kan betraktes som en strøm. Legg merke til at bevegelsen av hull i valensbåndet er i motsatt retning til bevegelsen av elektroner i ledningsbåndet for en gitt potensialforskjell. I p-type halvledere, hullene sies å være flertall bærere mens elektronene i ledningsbåndet er minoritetsbærere.
I form av bandteori ligger energien til de aksepterte elektronene ("akseptornivået") litt høyere over valensbåndets energi. Elektroner fra valensbåndet kan lett nå dette nivået, og etterlater hull bak i valensbåndet. Diagrammet nedenfor viser energibåndene i det indre, n-type og p-type halvledere.
Energibånd i inneboende, n-type og p-type halvledere.
Forskjell mellom p-type og n-type halvleder
dopingsmidler
I p-type halvledere, dopantene er gruppe III-elementer.
I n-type halvleder, dopantene er gruppe-IV-elementer.
Dopant Oppførsel:
I p-type halvledere, dopantatomer er akseptorer: De tar elektroner og lager hull i valensbåndet.
I n-type halvleder, dopantatomer fungerer som givere: de donerer elektroner som lett kan nå ledningsbåndet.
Flertallsselskaper
I p-type halvledere, De fleste bærere er hull som beveger seg i valensbåndet.
I n-type halvleder, De fleste bærere er elektroner som beveger seg i ledningsbåndet.
Flertallsbærer Bevegelse
I p-type halvleder, De fleste transportører beveger seg i retning av konvensjonell strøm (fra høyere til lavere potensial).
I n-type halvleder, De fleste bærere beveger seg mot retningen av konvensjonell strøm.
Bilde Courtesy:
"Sammenligning av elektroniske båndkonstruksjoner av metaller, halvledere og isolatorer." Av Pieter Kuiper (selvfremstilt) [Public Domain], via Wikimedia Commons
