Vlastní polovodič - Intrinsic semiconductor
Vnitřní (čistý) polovodič , označovaný také jako nedopovaný polovodič nebo i polovodič typu , je čistě polovodičové bez významného příměsí přítomných druhů. Počet nosičů náboje je tedy místo množství nečistot určen vlastnostmi samotného materiálu. Ve vnitřních polovodičích je počet excitovaných elektronů a počet otvorů stejný: n = p. To může být případ i po dopingu polovodiče, i když pouze pokud je dopován jak dárci, tak akceptory stejně. V tomto případě n = p stále platí a polovodič zůstává vlastní, i když dopovaný.
Elektrická vodivost jiskrově polovodičů může být způsobeno krystalografické vady nebo elektronové excitace . Ve vnitřním polovodiči je počet elektronů ve vodivém pásmu roven počtu otvorů ve valenčním pásmu . Příkladem je Hg
0,8CD
0,2Te při pokojové teplotě.
Nepřímý zakázaný pás vlastní polovodič je takový, ve kterém je maximální energie valenčním pásu dochází v jiném k ( k-prostorové vlny vektor ), než je minimální energie pásma vodivosti. Mezi příklady patří křemík a germánium . Přímý zakázaný pás vlastní polovodič je takový, kde je maximální energie valenčním pásu dochází na stejné jako minimální energie pásma vodivosti. Mezi příklady patří arzenid galia .
Křemíkový krystal se liší od izolátoru, protože při jakékoli teplotě nad absolutní nulou existuje nenulová pravděpodobnost, že se elektron v mřížce vyrazí ze své polohy a zanechá za sebou nedostatek elektronů nazývaný „díra“. Pokud je aplikováno napětí, pak elektron i otvor mohou přispět k malému toku proudu.
Vodivost polovodiče lze modelovat pomocí pásové teorie pevných látek. Pásový model polovodiče naznačuje, že za běžných teplot existuje konečná možnost, že elektrony mohou dosáhnout vodivostního pásma a přispět k elektrickému vedení.
Termín vnitřní zde rozlišuje mezi vlastnostmi čistého „vnitřního“ křemíku a dramaticky odlišnými vlastnostmi dopovaných polovodičů typu n nebo p.
Elektrony a díry
Ve vnitřním polovodiči, jako je křemík, při teplotách nad absolutní nulou bude několik elektronů, které jsou excitovány přes mezeru pásma do vodivého pásma a které mohou podporovat proudění náboje. Když elektron v čistém křemíku překročí mezeru, zanechá za sebou volné místo nebo „díru“ v pravidelné křemíkové mřížce. Pod vlivem vnějšího napětí se elektron i otvor mohou pohybovat po materiálu. V n-polovodič typu je dopant přispívá další elektrony, dramaticky zvýšení vodivosti. V polovodiči typu p dotuje dopant extra volná místa nebo otvory, které rovněž zvyšují vodivost. Právě chování pn přechodu je klíčem k obrovské rozmanitosti polovodičových elektronických zařízení.
Polovodičový proud
Proud, který bude proudit ve vnitřním polovodiči, se skládá z elektronového i dírového proudu. To znamená, že elektrony, které byly uvolněny ze svých mřížkových poloh do vodivého pásma, se mohou pohybovat materiálem. Kromě toho mohou další elektrony přeskakovat mezi pozicemi mřížky, aby zaplnily místa, která uvolněné elektrony zanechaly. Tento dodatečný mechanismus se nazývá vedení otvorů, protože jakoby otvory migrovaly po materiálu opačným směrem než pohyb volných elektronů. Tok proudu ve vnitřním polovodiči je ovlivněn hustotou energetických stavů, které zase ovlivňují hustotu elektronů ve vodivém pásmu. Tento proud je silně závislý na teplotě.
Reference
- Sze, Simon M. (1981). Fyzika polovodičových zařízení (2. vyd.) . John Wiley and Sons (WIE). ISBN 0-471-05661-8.
- Kittel, Ch. (2004). Úvod do fyziky pevných látek . John Wiley and Sons. ISBN 0-471-41526-X.