p-szennyezés

A tiszta szilícium félvezetőben az elektronok gerjesztéséhez, vagyis hogy az elektronok “kiugrálhassanak” a kovalens kötésből 1,1 eV[1]energiára van szükségük. Ezért a szilíciumkristály szobahőmérsékleten nagyon rosszul vezeti az elektromos áramot.
A szilíciumkristály elektromos áram-vezetőképességének növelése érdekében növelni kell a szabad töltéshordozók mennyiségét. Ezt legegyszerűbben a félvezető kristály szennyezésével érik el, úgy, hogy a kristály négy vegyértékű Si-atomjainak egy részét[2] pl. három vegyértékű bóratomra (B) cserélik…

n-szennyezés

A tiszta szilícium félvezetőben az elektronok gerjesztéséhez, vagyis hogy az elektronok “kiugrálhassanak” a kovalens kötésből 1,1 eV[1] energiára van szükségük. Ezért a szilíciumkristály szobahőmérsékleten nagyon rosszul vezeti az elektromos áramot. A szilíciumkristály elektromos áram-vezetőképességének növelése érdekében növelni kell a szabad töltéshordozók mennyiségét. Ezt legegyszerűbben a félvezető kristály szennyezésével érik el, úgy, hogy a kristály négy vegyértékű Si-atomjainak egy részét[2] pl. öt vegyértékű foszforatommal (P) cserélik ki…. 


 

A szennyezett félvezetők vezetőképessége

A tiszta félvezetők esetében a 
Nse= Nsly ≈ e(-Eg/2kT)

vezetési elektronok és lyukak száma exponenciálisan függ a hőmérséklettől.
Minden atomban a vegyértékhéj fölött még vannak energiaszintek, amelyeket az elektronok csak gerjesztés eredményeként foglalhatnak el.

KIEGÉSZÍTŐ ANYAG

A szilárd testek sávos héjszerkezete

Minden kristály atomokból, ionokból vagy molekulákból épül fel. Mivel mi a szilíciumkristályban vagyunk érdekeltek, ezért az atomrácsos kristályok elméletét tárgyaljuk.
Tételezzünk fel N darab Si-atomot. Minden 2814Si-atomnak három elektronhéja van. A n = 3 főkvantumszámú héja nem teljesen betöltött.
Amennyiben a Si-atomok elég távol vannak egymástól, a 14 elektron a saját atommagja közelében tartózkodik, jól meghatározott energiájú ún. diszkrét pályákon.

 

KIEGÉSZÍTŐ ANYAG

A vezetési sáv, a vegyértéksáv és ami közöttük van

A vezetési sáv és a vegyértéksáv fogalmának ismerete ad magyarázatot az anyagok elektromos vezetőképességére. A szemléltetést legegyszerűbbé azzal tehetjük, ha a 11H atomon vezetjük be a fogalmakat. Mindegyik H-atomnak egy az első héj (n = 1) s alhéjának (l = 0) egy darab atompályáján egy elektron tartózkodik. Amennyiben a két H-atom megfelelően közel kerül egymáshoz, kovalens kötés kialakítására van lehetőség. Két H-atom összesen két atompályájának összesen két elektronja között jön létre a kölcsönhatás.

KIEGÉSZÍTŐ ANYAG

A Fermi-eloszlás

A félvezetőkben a vezetés a vegyértéksávban és a vezetési sávban valósul meg. Mindkét sávban az elektronok mozgásának köszönhetően. Azonban, amíg a vezetési sávban delokalizált elektronok mozoghatnak, addig a vegyértéksávban az elektronok a vegyértéksáv gerjesztéssel betöltetlenné vált elektronállapotaiban (lyuk) való ugrálással.

 

KIEGÉSZÍTŐ ANYAG

A Fermi-energia (kémiai potenciál) kiegyenlítődése

A p-n átmenet létrejöttekor az n tartományból elektronok vándorolnak balra, az alacsonyabb energiájú p-tartomány vegyértéksávjába, így a p-tartomány potenciális energiája megnő, amíg az n-tartományban ennek ellentettje játszódik le. A magasabb energiájú vezetési sávból elvándorolt elektronok miatt az n-tartomány potenciális energiája csökken.