Silicio intrínseco
El conductividad eléctrica de silicio puro es totalmente dependiente del portador generado térmicamente. El silicio químicamente puro se llama Silicio Intrínseco.
El silicio es un elemento semiconductor vital. El silicio es un material del grupo IV. En su órbita exterior, tiene cuatro electrones de valencia que se mantienen por enlaces covalentes con los electrones de valencia de cuatro átomos de silicio adyacentes. Estos electrones de valencia no están disponibles para la electricidad. Así que, en OoEl silicio intrínseco K se comporta como un aislante. Cuando la temperatura aumenta, algunos electrones de valencia rompen los enlaces covalentes debido a la energía térmica. Esta vacante en el enlace, causada por dejar un electrón libre se considera un agujero. En otras palabras, a cualquier temperatura superior a 0oK algunos de los electrones de valencia en el cristal semiconductor ganan suficiente energía para saltar a la banda de conducción desde la banda de valencia y dejar atrás un agujero en la banda de valencia. Esta energía es aproximadamente igual a 1,2 eV a temperatura ambiente (es decir, a 300oK) que es igual a la energía de la brecha de la banda de silicio.
En el silicio intrínseco cristal, el número de agujeros es igual al número de electrones libres. Ya que cada electrón al salir del enlace covalente contribuye con un agujero en el enlace roto. A cierta temperatura siempre se crean nuevos pares de electrones-agujero ganando energía térmica pero al mismo tiempo, el mismo número de pares de electrones-agujero se pierden debido a la recombinación. Por lo tanto, a una temperatura particular en un cierto volumen de silicio insinuado el número de pares de electrones-agujero permanece igual. Esta es una condición de equilibrio. Por lo tanto, es obvio que en la condición de equilibrio, la concentración de electrones libres n y la concentración de agujeros p son iguales entre sí, y esto no es más que la concentración de portadores de carga intrínseca(ni). Es decir, n = p = ni. El estructura atómica se muestra a continuación.
Silicio intrínseco a 0oK
Silicio intrínseco a temperatura ambiente
Silicio extrínseco
El silicio que tiene átomos de impureza trivalentes o pentavalentes en su cristal se conoce como silicio extrínseco.
El silicio intrínseco se puede convertir en silicio extrínseco cuando se dopan con una cantidad controlada de dopantes. Es dopado con átomo donante (elementos del grupo V) se convierte en semiconductor tipo n y cuando es dopado con átomos aceptores (elementos del grupo III) se convierte en semiconductor tipo p.
Dejemos que se añada una pequeña cantidad de elemento del grupo V a un cristal de silicio intrínseco. Los ejemplos de elementos del grupo V son el fósforo (P), el arsénico (As), el antimonio (Sb) y el bismuto (Bi). Tienen cinco electrones de valencia. Cuando desplazan un átomo de Si, los cuatro electrones de valencia forman enlaces covalentes con los átomos vecinos y el quinto electrón que no participa en la formación del enlace covalente está vagamente unido al átomo padre y puede dejar fácilmente el átomo como un electrón libre. La energía necesaria para el silicio para este propósito que es para liberar ese quinto electrón es alrededor de 0,05 eV. Este tipo de impureza es nombrada como el donante ya que esto contribuye con electrones libres al cristal de silicio. El silicio se conoce como silicio tipo n o tipo negativo ya que los electrones son partículas cargadas negativamente.
El nivel de energía del Fermi se acerca a la banda de conducción en el silicio de tipo n. Aquí el número de electrones libres aumenta por encima de la concentración intrínseca de electrones. Por otro lado, el número de agujeros disminuye sobre la concentración intrínseca de agujeros ya que hay más probabilidad de recombinación debido a la mayor concentración de electrones libres. Los electrones son la mayoría carga los portadores.
Silicio extrínseco con impureza pentavalente
Si se añade una pequeña cantidad de elementos del grupo III a un semiconductor cristal, entonces desplazan un átomo de silicio, los elementos del grupo III como AI, B, IN tienen tres electrones de valencia. Estos tres electrones hacen los enlaces covalentes con los átomos vecinos creando un agujero. Este tipo de átomos de impureza conocidos como aceptores. El semiconductor conocido como semiconductor tipo p como el agujero se supone que está cargado positivamente.
Silicio extrínseco con impureza trivalente
El nivel de energía del Fermi se mueve hacia abajo, más cerca del enlace de valencia en los semiconductores tipo p. Aquí el número de agujeros aumenta, y el número de electrones disminuye sobre la concentración intrínseca del portador de silicio ya que aquí los electrones libres tienen muchos agujeros en el cristal. En los semiconductores tipo p los agujeros son la mayoría carga los portadores.
Concentración intrínseca de silicio en el portador
Cuando un electrón salta de la banda de valencia a la banda de conducción debido a la excitación térmica, se crean portadores libres en ambas bandas que son el electrón en la banda de conducción y el agujero en la banda de valencia. La concentración de estos portadores se conoce como concentración intrínseca de portadores. Prácticamente en el cristal de silicio puro o intrínseco el número de agujeros (p) y electrones (n) son iguales entre sí, y son iguales a la concentración de portadores intrínsecos ni. Por lo tanto, n = p = ni
El número de estos portadores depende de la energía de la brecha de la banda. En el caso del silicio, la energía de la brecha de la banda es de 1,2 eV a 298oLa concentración de portadores intrínsecos de K en el silicio aumenta con el aumento de la temperatura. La concentración de portadores intrínsecos en el silicio viene dada por,
Aquí, T = temperatura en escala absoluta
La concentración de portadores intrínsecos a 300oK es 1.01 1010 cm-3. Pero el valor previamente aceptado es 1.5 1010 cm-3.
