Sự khác biệt chính – Chất bán dẫn p -type so với n -type
chất bán dẫn p -type và n -type là rất quan trọng để xây dựng các thiết bị điện tử hiện đại. Chúng rất hữu ích vì khả năng dẫn truyền của chúng có thể dễ dàng kiểm soát. Điốt và bóng bán dẫn, là trung tâm của tất cả các loại thiết bị điện tử hiện đại, đòi hỏi các chất bán dẫn loại p và n -type để xây dựng. Sự khác biệt chính giữa chất bán dẫn p -type và n -type là chất bán dẫn p -type được tạo ra bằng cách thêm tạp chất của các nguyên tố nhóm III vào chất bán dẫn nội tại trong khi, trong chất bán dẫn n -type, tạp chất là các nguyên tố nhóm IV .
Chất bán dẫn là gì
Chất bán dẫn là vật liệu có độ dẫn điện giữa chất dẫn điện và chất cách điện. Trong lý thuyết về chất rắn, các mức năng lượng được biểu diễn dưới dạng các dải. Theo lý thuyết này, để một vật liệu dẫn điện, các electron từ dải hóa trị sẽ có thể di chuyển lên dải dẫn (lưu ý rằng việc di chuyển lên trên ở đây không có nghĩa là một electron di chuyển lên, mà là một electron thu được một lượng năng lượng được liên kết với năng lượng của dải dẫn). Theo lý thuyết, các kim loại (vốn là chất dẫn) có cấu trúc dải trong đó dải hóa trị trùng với dải dẫn. Kết quả là, kim loại có thể dễ dàng dẫn điện. Trong các chất cách điện, khoảng cách dải giữa dải hóa trị và dải dẫn là khá lớn do đó cực kỳ khó khăn cho các electron vào dải dẫn. Ngược lại, chất bán dẫn có một khoảng cách nhỏ giữa các dải hóa trị và các vùng dẫn. Chẳng hạn, bằng cách tăng nhiệt độ, có thể cung cấp cho các electron đủ năng lượng cho phép chúng di chuyển từ dải hóa trị lên đến dải dẫn. Sau đó, các electron có thể di chuyển trong dải dẫn và chất bán dẫn có thể dẫn điện.
Làm thế nào kim loại (chất dẫn), chất bán dẫn và chất cách điện được xem theo lý thuyết dải của chất rắn.
Chất bán dẫn nội tại là các nguyên tố có bốn electron hóa trị trên mỗi nguyên tử, tức là các nguyên tố xảy ra trong nhóm Group-IV. Của bảng tuần hoàn như silicon (Si) và gecmani (Ge). Vì mỗi nguyên tử có bốn electron hóa trị, mỗi electron hóa trị này có thể tạo thành liên kết cộng hóa trị với một trong số các electron hóa trị trong một nguyên tử lân cận. Theo cách này, tất cả các electron hóa trị sẽ tham gia vào liên kết cộng hóa trị. Nói một cách chính xác, đây không phải là trường hợp: tùy thuộc vào nhiệt độ, một số điện tử có thể phá vỡ các liên kết cộng hóa trị của chúng và tham gia dẫn truyền. Tuy nhiên, có thể làm tăng đáng kể khả năng dẫn điện của chất bán dẫn bằng cách thêm một lượng nhỏ tạp chất vào chất bán dẫn, trong một quá trình gọi là pha tạp. Các tạp chất được thêm vào chất bán dẫn nội tại được gọi là dopant. Một chất bán dẫn pha tạp được gọi là một chất bán dẫn bên ngoài .
Bán dẫn n -type là gì
Một chất bán dẫn n -type được tạo ra bằng cách thêm một lượng nhỏ nguyên tố Nhóm-V như phốt pho (P) hoặc asen (As) vào chất bán dẫn nội tại. Các nguyên tố nhóm V có năm electron hóa trị trên mỗi nguyên tử. Do đó, khi các nguyên tử này tạo liên kết với các nguyên tử nhóm IV, do cấu trúc nguyên tử của vật liệu, chỉ có bốn trong số năm electron hóa trị có thể tham gia vào liên kết cộng hóa trị. Điều này có nghĩa là trên mỗi nguyên tử dopant có một electron điện tử tự do bổ sung, sau đó có thể đi vào dải dẫn và bắt đầu dẫn điện. Do đó, các nguyên tử dopant trong chất bán dẫn n -type được gọi là các nhà tài trợ vì chúng tặng các electron điện tử cho dải dẫn. Về mặt lý thuyết băng tần, chúng ta có thể tưởng tượng các electron tự do từ các nhà tài trợ có mức năng lượng gần với năng lượng của dải dẫn. Vì khoảng cách năng lượng là nhỏ, các electron có thể dễ dàng nhảy vào dải dẫn và bắt đầu dẫn dòng điện.
Chất bán dẫn p -type là gì
Một chất bán dẫn p -type được tạo ra bằng cách pha tạp một chất bán dẫn nội tại với các nguyên tố nhóm III như boron (B) hoặc nhôm (Al). Trong các nguyên tố này, chỉ có ba electron hóa trị trên mỗi nguyên tử. Khi các nguyên tử này được thêm vào một chất bán dẫn nội tại, mỗi trong số ba electron có thể tạo liên kết cộng hóa trị với các electron hóa trị từ ba trong số các nguyên tử xung quanh của chất bán dẫn nội tại. Tuy nhiên, do cấu trúc tinh thể, nguyên tử dopant có thể tạo liên kết cộng hóa trị khác nếu có thêm một electron. Nói cách khác, giờ đây đã có một vị trí tuyển dụng trực tuyến cho một điện tử, và thường thì một vị trí trống như vậy được gọi là lỗ trống. Nguyên tử dopant bây giờ có thể lấy một electron ra khỏi một trong những nguyên tử xung quanh và sử dụng nó để tạo thành liên kết. Trong chất bán dẫn p -type, các nguyên tử dopant được gọi là chất nhận vì chúng tự lấy electron.
Bây giờ, nguyên tử có một electron bị đánh cắp từ nó cũng bị bỏ lại một lỗ. Nguyên tử này bây giờ có thể đánh cắp một điện tử từ một trong những hàng xóm của nó, do đó, có thể đánh cắp một điện tử từ một trong những hàng xóm của nó và vân vân. Theo cách này, chúng ta thực sự có thể tưởng tượng rằng một lỗ tích điện dương có thể đi qua dải hóa trị của vật liệu, giống như cách mà một electron có thể đi qua dải dẫn. Sự chuyển động của các lỗ của các điểm khác nhau trong dải dẫn có thể được xem như là một dòng điện. Lưu ý rằng chuyển động của các lỗ trong dải hóa trị ngược hướng với chuyển động của các electron trong dải dẫn cho sự khác biệt tiềm năng nhất định. Trong chất bán dẫn loại p, các lỗ trống được gọi là chất mang đa số trong khi các electron trong dải dẫn là các hạt mang thiểu số .
Về mặt triết lý băng tần, nguồn năng lượng của những electron được đồng ý ( Lever đồng ý Lever ), cao hơn một chút ít so với nguồn năng lượng của dải hóa trị. Các electron từ dải hóa trị hoàn toàn có thể thuận tiện đạt đến mức này, để lại những lỗ trống trong dải hóa trị. Sơ đồ dưới đây minh họa những dải nguồn năng lượng trong chất bán dẫn nội tại, n – type và p – type .
Các dải năng lượng trong chất bán dẫn nội tại, n -type và p -type.
Sự khác biệt giữa chất bán dẫn loại p và loại n
Dopants
Trong chất bán dẫn p -type, các chất dẫn xuất là các nguyên tố nhóm III.
Trong chất bán dẫn n -type, các chất dẫn xuất là các phần tử nhóm IV.
Hành vi Dopant:
Trong chất bán dẫn p -type, các nguyên tử dopant là chất nhận : chúng lấy electron và tạo ra các lỗ trống trong dải hóa trị.
Trong chất bán dẫn n -type, các nguyên tử dopant đóng vai trò là người cho : chúng tặng các electron có thể dễ dàng chạm tới dải dẫn.
Hãng vận tải đa số
Trong chất bán dẫn p -type, các chất mang đa số là các lỗ di chuyển trong dải hóa trị.
Trong chất bán dẫn n -type, các hạt mang đa số là các electron di chuyển trong dải dẫn.
Phong trào vận chuyển đa số
Trong chất bán dẫn p -type, các sóng mang đa số di chuyển theo hướng dòng điện thông thường (từ điện thế cao hơn đến điện thế thấp hơn).
Trong chất bán dẫn n -type, các sóng mang đa số di chuyển ngược với hướng của dòng điện thông thường.
Hình ảnh nhã nhặn :
Cách so sánh những cấu trúc dải điện tử của sắt kẽm kim loại, chất bán dẫn và chất cách điện .
