Je! Semiconductor ya ndani na Semiconductor ya nje - Bendi ya Nishati na Doping ni nini?

Semiconductor, kama jina linavyopendekeza ni aina ya nyenzo ambayo inaonyesha mali ya makondakta na vihami. Nyenzo ya semiconductor inahitaji kiwango fulani cha voltage au joto kutolewa kwa wabebaji wake kwa upitishaji. Semiconductors hawa wameainishwa kama 'asili' na 'extrinsic' kulingana na idadi ya wabebaji. Kibeba asili ni aina safi ya semiconductor na idadi sawa ya elektroni (wabebaji hasi wa malipo) na mashimo (wabebaji wazuri wa malipo). Vifaa vya semiconductor vilivyotumiwa sana ni Silicon (Si), Germanium (Ge), na Gallium Arsenide (GaAs). Wacha tujifunze tabia na tabia ya aina hizi za semiconductors. Je! Semiconductor ya ndani ni nini? Semiconductor ya ndani inaweza kuelezewa kama nyenzo safi ya kemikali bila kuongeza dawa za kulevya au uchafu. Semiconductors inayojulikana sana ya ndani au safi inapatikana ni Silicon (Si) na Germanium (Ge). Tabia ya semiconductor juu ya kutumia voltage fulani inategemea muundo wa atomiki. Sehemu ya nje ya Silicon na Germanium ina elektroni nne kila moja. Ili kutuliza atomi zilizo karibu huunda vifungo vyenye mshikamano kulingana na kugawana elektroni za valence. Kuunganisha hii katika muundo wa kimiani ya kioo ya Silicon imeonyeshwa kwenye sura ya 1. Hapa inaweza kuonekana kuwa elektroni za valence za jozi mbili za atomi ya Si pamoja ili kuunda Dhamana ya Covalent. Kielelezo 1. Kuunganisha kwa usawa kwa atomi ya Silicon Katika vifungo vyote vya covalent viko sawa na hakuna wabebaji wanaopatikana kwa upitishaji. Hapa semiconductor ya ndani hufanya kama kizio au kondakta. Sasa ikiwa joto la kawaida linakaribia joto la kawaida la vifungo vya covalent kuanza kuvunjika. Kwa hivyo elektroni kutoka kwa ganda la valence hutolewa kushiriki katika upitishaji. Kama idadi zaidi ya wabebaji hutolewa kwa upitishaji semiconductor huanza kuishi kama nyenzo ya kufanya. Mchoro wa bendi ya nishati uliopewa hapa chini unaelezea mabadiliko haya ya wabebaji kutoka kwa bendi ya valence hadi bendi ya upitishaji. Mchoro wa bendi ya Nishati Mchoro wa bendi ya Nishati umeonyeshwa kwenye sura ya 2 (a) inaonyesha viwango viwili, Bendi ya Upitishaji na Bendi ya Valence. Nafasi kati ya bendi hizo mbili inaitwa pengo lililokatazwa Kielelezo 2 (a). Mchoro wa bendi ya Nishati Kielelezo Kielelezo 2 (b). Upitishaji na elektroni ya bendi ya Valence kwenye semiconductor Wakati nyenzo ya semiconductor inakabiliwa na joto au kutumiwa voltage chache za vifungo vyenye mshikamano, ambayo hutengeneza elektroni za bure kama inavyoonyeshwa kwenye kielelezo 2 (b). Elektroni hizi za bure hufurahi na kupata nguvu kushinda pengo lililokatazwa na kuingia kwenye bendi ya upitishaji kutoka kwa bendi ya valence. Elektroni inapoacha bendi ya valence, inaacha nyuma ya shimo kwenye bendi ya valence. Katika semiconductor ya ndani daima idadi sawa ya elektroni na mashimo zitaundwa na kwa hivyo inaonyesha kutokuwamo kwa umeme. Elektroni zote na mashimo zinahusika na upitishaji wa sasa katika semiconductor ya ndani. Je! Semiconductor ya nje ni nini? Semiconductor ya nje inaelezewa kama nyenzo na uchafu ulioongezwa au semiconductor ya doped. Doping ni mchakato wa kuongeza uchafu kwa makusudi ili kuongeza idadi ya wabebaji. Vitu vya uchafu vilivyotumiwa huitwa kama dopants. Kwa kuwa idadi ya elektroni na mashimo ni kubwa kwa kondaktaji wa nje huonyesha mwenendo mkubwa kuliko semiconductors ya ndani. Kulingana na vidonge vilivyotumiwa semiconductors ya nje huainishwa zaidi kama 'semiconductor ya N-aina' na 'semiconductor ya aina ya P. Vipengee vya kupendeza vinaitwa kwa hivyo vina elektroni 5 kwenye ganda la valence. Mifano ya uchafu wa pentavalent ni Phosphorus (P), Arseniki (As), Antimoni (Sb). Kama ilivyoonyeshwa kwenye sura ya 3, chembe ya dopant huanzisha vifungo vyenye mshikamano kwa kushiriki elektroni nne za valence na atomi nne za jirani za silicon. Elektroni ya tano inabaki imefungwa kwa uhuru kwenye kiini cha chembe ya dopant. Nishati ndogo sana ya ionization inahitajika kuweka elektroni ya tano huru ili iachane na bendi ya valence na iingie kwenye bendi ya upitishaji. Uchafu wa pentavalent hutoa elektroni moja ya ziada kwa muundo wa kimiani na kwa hivyo inaitwa kama uchafu wa wafadhili.Kielelezo 3. Semiconductor ya aina ya N na uchafu wa wafadhili Aina ya Semiconductors ya aina ya P: Semiconductors wa aina ya P hutengenezwa na semiconductor ya trivalent. Uchafu mwingi una elektroni 3 kwenye ganda la valence. Mifano ya uchafu unaofanana ni pamoja na Boron (B), Gallium (G), Indium (In), Aluminium (Al). Kama inavyoonyeshwa kwenye sura ya 4, chembe ya dopant huanzisha vifungo vyenye mshikamano na atomi tatu tu za jirani za silicon na shimo au nafasi huzalishwa kwenye dhamana na chembe ya nne ya silicon. Shimo hufanya kama mbebaji mzuri au nafasi ya elektroni kuchukua. Kwa hivyo uchafu mchafu umetoa nafasi nzuri au shimo ambayo inaweza kukubali elektroni kwa urahisi na kwa hivyo inaitwa uchafu wa Mpokeaji.  Kielelezo 4. Semiconductor ya aina ya P na uchafu wa mpokeaji Mkusanyiko wa Vimumunyishaji katika Semiconductor ya ndani Mkusanyiko wa wabebaji wa ndani hufafanuliwa kama idadi ya elektroni kwa ujazo wa kitengo kwenye bendi ya upitishaji au idadi ya mashimo kwa ujazo wa kitengo kwenye bendi ya valence. Kwa sababu ya voltage inayotumika, elektroni inaacha bendi ya valence na inaunda shimo chanya mahali pake. Elektroni hii inaingia zaidi kwenye bendi ya upitishaji na inashiriki katika upitishaji wa sasa. Katika semiconductor ya ndani, elektroni zinazozalishwa kwenye bendi ya upitishaji ni sawa na idadi ya mashimo kwenye bendi ya valence. Kwa hivyo mkusanyiko wa elektroni (n) ni sawa na mkusanyiko wa shimo (p) kwenye semiconductor ya ndani. Mkusanyiko wa wabebaji wa ndani unaweza kutolewa kama: n_i = n = p Ambapo, n_i: mkusanyiko wa wabebaji wa ndani n: mkusanyiko wa mbebaji wa elektroni p: shimo mkusanyiko wa wabebaji Uendeshaji wa semiconductor ya ndani Kama semiconductor ya ndani inakabiliwa na joto au kutumika kwa umeme elektroni husafiri kutoka kwa bendi ya valence hadi bendi ya upitishaji na kuacha shimo nzuri au nafasi katika bendi ya valence. Tena mashimo haya yanajazwa na elektroni zingine kwani vifungo vyenye mshikamano zaidi vimevunjika. Kwa hivyo elektroni na mashimo husafiri kwa mwelekeo tofauti na semiconductor ya ndani huanza kufanya. Uendeshaji unaongezeka wakati idadi ya vifungo vyenye ushirikiano vimevunjwa na hivyo elektroni zaidi ni mashimo hutolewa kwa upitishaji. Uendeshaji wa semiconductor ya ndani huonyeshwa kwa suala la uhamaji na mkusanyiko wa wabebaji wa malipo. Maneno ya utaftaji wa semiconductor ya ndani hutolewa imeonyeshwa kama: semiconductor n_i: mkusanyiko wa wabebaji wa ndani μ_e: uhamaji wa elektroni μ_h: uhamaji wa mashimo Tafadhali rejea kiunga hiki kujua zaidi juu ya Nadharia ya Semiconductor MCQs

Acha ujumbe 

Orodha ujumbe