Halbleitern
Halbleiter können in Bezug auf Reinheit als intrinsisch und extrinsisch unterschieden werden. P-Typ und N-Typ Halbleiter kommen beide unter extrinsischen Halbleitern. Also, was ist der Unterschied?
Halbleiter haben einen monumentalen Einfluss auf unsere Welt. Sie befinden sich im Herzen eines elektrischen Geräts, das computerisiert ist oder Radiowellen verwendet. Sie bestehen oft aus Silizium, daher der Name Silicon Valley, wo viele der größten Technologieunternehmen von heute zu finden sind-Silizium ist der Kern von praktisch jedem elektronischen Gerät.,
Silizium wird in Halbleitern so häufig verwendet, weil es ein reichlich vorhandenes Element ist – es kann beispielsweise in Sand und Quarz gefunden werden–, das eine ideale elektronische Struktur aufweist. Mit vier Elektronen in seinem äußeren Orbital kann Silizium schöne Kristallstrukturen bilden, und die vier Elektronen können perfekte kovalente Bindungen mit vier benachbarten Atomen bilden, um ein Gitter zu bilden.
In carbon, einem weiteren Element mit vier Elektronen in seinem äußeren Orbital, ist diese kristalline Struktur als Diamant bekannt., In Silizium ist diese kristalline Struktur eine silbrig, metallisch aussehende Substanz. Obwohl sie metallisch aussehen, sind Siliziumkristalle in der Tat keine Metalle; Ein Siliziumkristall ist ein naher Isolator und nur eine kleine Menge Elektrizität fließt durch ihn.
Durch Dotierung von Silizium kann jedoch all dies geändert werden, und dann werden Halbleiter vom p – und n-Typ gebildet.
p – und n-Halbleiter verstehen
In Halbleitern wie Silizium ist Dotierung ein Prozess, der absichtlich Verunreinigungen in einen intrinsischen Halbleiter einführt., Es handelt sich um eine chemische Reaktion, die es Verunreinigungen ermöglicht, Ionenbindungen mit Siliziumatomen in ihrem Kristall zu bilden.
Der Zweck der Dotierung besteht darin, ihre elektrischen, optischen und strukturellen Eigenschaften zu modulieren. Wenn ein Halbleiter dotiert wurde, wird er dann als extrinsischer Halbleiter bezeichnet. Im Gegensatz dazu ist ein Halbleiter in reiner undotierter Form ein intrinsischer Halbleiter.
Bei der Siliziumdotierung gibt es zwei Arten von Verunreinigungen: n-Typ und p-Typ.
Bei der n-Dotierung wird dem Silizium in geringen Mengen Arsen oder Phosphor zugesetzt., Beide Elemente haben fünf Elektronen in ihren äußeren Orbitalen und sind daher nicht fehl am Platz, wenn sie in die siliziumkristalline Struktur gelangen. Da das fünfte Elektron nichts zu verbinden hat, kann es sich frei bewegen, so dass ein elektrischer Strom durch das Silizium fließen kann.
Bei der p-Typ-Dotierung wird Bor oder Gallium als Dotiermittel verwendet. Diese Elemente haben jeweils drei Elektronen in Ihren äußeren orbitalen. Wenn sie in das Siliziumgitter eingemischt werden, bilden sie „Löcher“ im Valenzband von Siliziumatomen., Dies bedeutet, dass die Elektronen im Valenzband beweglich werden und sich die Löcher in die entgegengesetzte Richtung zur Bewegung der Elektronen bewegen. Da das Dotiermittel im Kristallgitter fixiert ist, können sich nur die positiven Ladungen bewegen. Aufgrund der positiven Löcher sind diese Halbleiter als „p-Typ“ (oder „p-leitfähig“ oder „p-dotiert“) bekannt.
Also, was ist der Unterschied?
In Silizium vom n-Typ haben die Elektronen eine negative Ladung, daher der Name n-Typ., In Silizium vom p-Typ wird der Effekt einer positiven Ladung in Abwesenheit eines Elektrons erzeugt, daher der Name p-Typ.
Die Materialdifferenz zwischen n-und p-Dotierung ist die Richtung, in der die Elektronen durch die abgeschiedenen Schichten des Halbleiters fließen. Sowohl n-als auch p-Silikon sind gut (aber nicht großartig!)- Leiter der Elektrizität.
Zusammensetzen
N-und p-Typ Silizium sind allein nichts Erstaunliches. Wenn Sie sie zusammenstellen, wird jedoch interessantes Verhalten an der Kreuzung zwischen den beiden gezeigt.,
Eine Diode ist das einfachste Beispiel für eine Halbleitervorrichtung, die sowohl Silizium vom n – als auch vom p-Typ verwendet. Es lässt einen elektrischen Strom in eine einzige Richtung fließen. Stellen Sie sich ein Drehkreuz in einem Fußballstadion vor – eine Diode ist ein Einwegdrehkreuztor für Elektronen.
Alles kommt auf die p-n-Kreuzung an., Silizium vom N-Typ hat zusätzliche Elektronen und auf der p-Seite befinden sich Atome, die Elektronen benötigen, sodass Elektronen über den Übergang wandern. (Alternativ: Die p-Seite hat zusätzliche Löcher, und auf der n-Seite befinden sich Atome, die Löcher benötigen, sodass die Löcher über die Verbindung wandern.) Diese Elektronen und Löcher – Träger der elektrischen Ladung – in der Nähe der Kreuzung kombinieren und heben sich gegenseitig auf und verlassen eine neutrale „Erschöpfungszone“, in der keine elektrische Ladung fließt.,
Atome auf beiden Seiten der Erschöpfungszone möchten jedoch Elektronen erwerben / Löcher loswerden, um neutral zu werden, aber da es in der Erschöpfungszone keine freien Ladungsträger gibt, können sie das nicht tun. Sie ziehen an den Ladungsträgern, die die Kreuzung überquert haben, aber weil die Erschöpfungszone keine Ladungsträger zum Aufgeben hat, bewegt sich nichts darüber.
Durch Anlegen eines elektrischen Feldes an den PN-Übergang (z. B. durch Verwendung einer Batterie) können Sie den Übergang der Diode entweder in einen Isolator oder in einen Leiter verwandeln.,
Wenn Sie das negative (-ve) Ende der Batterie an die p-Seite und das positive (+ve) Ende an die n-Seite (‚reverse bias‘) anschließen, werden freie Ladungsträger beiseite gezogen und die Erschöpfungszone erweitert. Dies verwandelt die Verbindung in einen Isolator und hemmt den elektrischen Stromfluss weiter.
Wenn Sie jedoch das-ve-Ende der Batterie an die n-Seite und das +ve-Ende an die p-Seite anschließen („Vorwärtsvorspannung“), werden Ladungsträger in die Mitte geschoben, wodurch die Erschöpfungszone ausgeschlagen und der p-n-Übergang in einen Leiter verwandelt wird., Dies liegt daran, dass Löcher von der p-Seite durch das +ve-Ende der Batterie abgestoßen werden und Elektronen auf der n-Seite durch das-ve-Ende der Batterie abgestoßen werden. Atome an der Kreuzung können nun Ladungsträger aneinander abgeben, so dass Strom frei fließen kann.
Dies ist ein sehr grundlegendes Beispiel dafür, wie der elementarste Typ von Halbleiterbauelementen, die Diode, funktioniert. Setzen Sie ein paar Milliarden von diesen zusammen back-to-back und Sie haben einen Computer-Chip!