halvledare
halvledare kan differentieras som inneboende och extrinsic enligt frågan om renhet i fråga. P-typ och N-typ halvledare båda kommer under extrinsic halvledare. Vad är skillnaden?
halvledare har en monumental inverkan på vår värld. De finns i hjärtat av någon elektrisk enhet som är datoriserad eller använder radiovågor. De är ofta gjorda av kisel, därav namnet Silicon Valley där många av dagens största teknikföretag kan hittas – kisel är kärnan i praktiskt taget vilken elektronisk enhet som helst.,
kisel används så mycket i halvledare eftersom det är ett rikligt element – det finns till exempel i sand och kvarts – som har en idealisk elektronisk struktur. Med fyra elektroner i sin yttre orbital kan kisel bilda fina kristallstrukturer och de fyra elektronerna kan bilda perfekta kovalenta bindningar med fyra närliggande atomer för att skapa en gitter.
i kol, ett annat element med fyra elektroner i dess yttre orbital, är denna kristallina struktur känd som en diamant., I kisel är denna kristallina struktur en silverfärgad, metallisk utseende substans. Även om de ser metalliska ut, är kiselkristaller inte i själva verket metaller; en kiselkristall är en nära isolator och endast en liten mängd el kommer att strömma genom den.
genom dopning av kisel kan allt detta ändras, och det här är när halvledare av p – och n-typ bildas.
förståelse p – och N-typ halvledare
i halvledare som kisel är dopning en process som avsiktligt introducerar föroreningar i en inneboende halvledare., Det innebär en kemisk reaktion som tillåter föroreningar att bilda jonbindningar med kiselatomer i sin kristall.
syftet med dopning är att modulera dess elektriska, optiska och strukturella egenskaper. När en halvledare har genomgått dopning kallas den sedan som en extrinsisk halvledare. Däremot är en halvledare i en ren odopad form en inneboende halvledare.
i kiseldopning finns det två typer av föroreningar: n-typ och p-typ.
i dopingtyp n tillsätts arsenik eller fosfor i små mängder till kisel., Båda dessa element har fem elektroner i sina yttre orbitaler och så är de inte på plats när de kommer in i kiselkristallin struktur. Eftersom den femte elektronen inte har något att binda till, är det fritt att flytta runt, vilket gör att en elektrisk ström kan strömma genom kisel.
i dopning av p-typ används bor eller gallium som dopmedel. Dessa element har var och en tre elektroner i sina yttre orbitaler. När de blandas i kiselgitteret bildar de ” hål ” i valensbandet av kiselatomer., Detta innebär att elektronerna i valensbandet blir mobila och hålen rör sig i motsatt riktning mot elektronernas rörelse. Eftersom dopanten är fixerad i kristallgitteret kan endast de positiva laddningarna röra sig. På grund av de positiva hålen är dessa halvledare kända som” p-typ ”(eller” p-Ledande ”eller”p-dopad”).
så, vad är skillnaden?
i kisel av N-typ har elektronerna en negativ laddning, därav namnet n-typ., I kisel av p-typ skapas effekten av en positiv laddning i frånvaro av en elektron, därav namnet p-typ.
materialskillnaden mellan dopning av n – och p-typ är den riktning i vilken elektronerna strömmar genom halvledarens avsatta skikt. Både n-och p-typ kisel är bra (men inte bra!) ledare av el.
att sätta ihop dem
n – och p-typ kisel är inget fantastiskt ensam. När du sätter ihop dem, är dock intressant beteende utställd vid korsningen mellan de två.,
en diod är det enklaste möjliga exemplet på en halvledaranordning som använder både n – och p-typ kisel. Det gör att en elektrisk ström kan flöda i en enda riktning. Föreställ dig en turnstile på en fotbollsarena-en diod är en enkelriktad turnstile gate för elektroner.
allt kommer ner till p-n-korsningen., N-typ kisel har extra elektroner och det finns atomer på p-sidan som behöver elektroner, så elektroner migrerar över korsningen. (Alternativt: p-sidan har extra hål, och det finns atomer på n-sidan som behöver hål, så hålen migrerar över korsningen.) Dessa elektroner och hål – bärare av elektrisk laddning – nära korsningen kombinera och avbryta varandra ut, lämnar en neutral ”utarmning” zon där ingen elektrisk laddning strömmar.,
atomer på vardera sidan av utarmningszonen vill emellertid förvärva elektroner / bli av med hål för att bli neutrala, men eftersom det inte finns några kostnadsfria bärare vid utarmningszonen kan de inte göra det. De drar på laddningsbärarna som korsade korsningen men eftersom utarmningszonen inte har några laddningsbärare att ge upp, rör sig ingenting över.
genom att applicera ett elektriskt fält på p-n-korsningen (t.ex. genom att använda ett batteri) kan du antingen vrida diodkorsningen till en isolator eller en ledare.,
om du ansluter batteriets negativa (- ve) ände till p-sidan och den positiva (+ve) änden till n-sidan (”omvänd bias”) dras fria laddningsbärare åt sidan och utmatningszonen breddas. Detta gör korsningen till en isolator och hämmar ytterligare elektrisk strömflöde.
om du ansluter batteriets ve-ände till n-sidan och +ve-änden till p-sidan (”framåt bias”), trycks laddningsbärarna in i mitten, slår ut utmatningszonen och vrider p-n-korsningen till en ledare., Detta beror på att hål från p-sidan avstöts av batteriets + fem ände och elektroner i n-sidan avstöts av batteriets fem ände. Atomer vid korsningen kan nu lämna bort laddningsbärare till varandra, så att strömmen kan flöda fritt.
detta är ett mycket grundläggande exempel på hur den mest elementära typen av halvledaranordning, dioden, fungerar. Sätt ihop några miljarder och du har ett datorchip!