نمونه‌هایی از نیمه هادی ها

جزوه مکانیسم پخش ناخالصی در نیمه هادی بیان دارد گالیم آرسنید، ژرمانیوم و سیلیسیم از نیمه‌هادی‌های متداولی هستند که از آن‌ها استفاده می‌شود. برای مثال، سیلیسیم در ساخت مدارهای الکترونیکی و گالیم آرسنید در سلول‌های خورشیدی، دیودهای لیزر و… به کار می‌روند.

 

حفره و الکترون در نیمه هادی ها

حفره‌ها و الکترون‌ها انواع حامل‌های بار هستند که گذر جریان در نیمه هادی ها را ممکن می‌کنند.

حفره‌ها (الکترون‌های ظرفیت) حامل بار الکتریکی مثبت هستند، در حالی که الکترون‌ها ذراتی با بار منفی‌اند. الکترون‌ها و حفره‌ها هر دو از نظر اندازه برابر، اما از نظر قطبیت مخالف هستند.

حرکت الکترون‌ها و حفره‌ها

در یک نیمه‌هادی‌، تحرک الکترون‌ها از حفره‌ها بیشتر است.

این عمدتاً به دلیل ساختارهای مختلف باند و ساز و کارهای پراکندگی آن‌ها است.

الکترون‌ها در باند هدایت حرکت می‌کنند در حالی که حرکت حفره‌ها در باند ظرفیت است.

هنگامی که یک میدان الکتریکی اعمال می‌شود، حفره‌ها به دلیل تحرک محدودی که دارند، نمی‌توانند مانند الکترون آزادانه حرکت کنند.

جابه‌جایی الکترون‌ها از لایه‌های داخلی آن‌ها به لایه‌های بالاتر منجر به ایجاد حفره‌هایی در نیمه هادی ها می‌شود.

از آنجا که حفره‌ها از طریق هسته در معرض نیروی اتمی بیشتری نسبت به الکترون هستند، تحرک کمتری دارند.

تحرک ذرات در یک نیمه‌هادی بیشتر است، اگر:

• جرم موثر ذرات کمتر باشد.
• زمان بین رخدادهای پراکندگی بیشتر باشد.

برای سیلیکون ذاتی در 300 کلوین، تحرک الکترون‌ها 1500cm²(V.s)^-1 و تحرک حفره‌ها 475cm²(V.s)^-1 است.

مدل پیوند الکترون‌ها در سیلیکون با ظرفیت 4 در زیر نشان داده شده است.

در اینجا، وقتی یکی از الکترون‌های آزاد (نقاط آبی) از موقعیت شبکه خارج می‌شود، یک حفره ایجاد می‌کند (نقاط خاکستری).

این حفره ایجادشده، بار مخالف الکترون را می‌گیرد و می‌توان آن را به عنوان حامل‌ بار مثبت در شبکه در نظر گرفت.

 

 

 

جزوه مکانیسم پخش ناخالصی در نیمه هادی

 

 

 

 

 

 

 

 

 

جزوه مکانیسم پخش ناخالصی در نیمه هادی

 

 

 

 

نوار هدایت و نوار ظرفیت در نیمه هادی ها

در این بخش با نوار هدایت و نوار ظرفیت در نیمه هادی ها آشنا می‌شویم.

نوار ظرفیت

نوار انرژی سطوح انرژی الکترون‌های ظرفیت به عنوان نوار ظرفیت شناخته می‌شود. این نوار بالاترین نوار انرژی است.

در مقایسه با عایق‌ها، نوار ممنوعه در نیمه هادی ها کوچک‌تر است. این امر موجب می‌شود الکترون‌های نوار ظرفیت با دریافت هرگونه انرژی خارجی به نوار هدایت بپرند.

نوار هدایت

این نوار پایین‌ترین نوار است که شامل سطوح انرژی حامل‌های بار مثبت (حفره‌ها) یا منفی (الکترون‌های آزاد) است.

نوار هدایت دارای الکترون‌های رسانا و در نتیجه جریان است.

باند هدایت دارای سطح انرژی بالایی است و به طور کلی خالی است. نوار هدایت در نیمه هادی ها الکترون‌ها را از نوار ظرفیت می‌پذیرد.

 

 

 

 

جزوه مکانیسم پخش ناخالصی در نیمه هادی

 

 

 

 

تراز فِرمی در نیمه هادی ها چیست؟

تراز فِرمی (با EF مشخص می‌شود) بین نوارهای ظرفیت و هدایت وجود دارد.

این سطح بالاترین میزان اشغال اوربیتال مولکولی در صفر مطلق است.

در این حالت، حامل‌های بار حالات کوانتومی خاص خود را دارند و به طور کلی با یکدیگر تعامل ندارند.

هنگامی که دما از صفر مطلق بالا می‌رود، این حامل‌های بار شروع به اشغال حالت‌های بالاتر از تراز فرمی می‌کنند.

در یک نیمه‌هادی از نوع p، تراکم حالت‌های پر نشده افزایش می‌یابد. بنابراین، الکترون‌های بیشتری را در سطح انرژی پایین‌تر جای می‌گیرند.

با این حال، در یک نیمه‌هادی نوع n، چگالی حالت‌ها افزایش می‌یابد، بنابراین الکترون‌های بیشتری را در سطح انرژی بالاتر جای می‌دهد.

 

 

مطالب مرتبط :

کتاب فیزیک عمومی جلد 1 و 2 آلونسو فین

جزوه فیزیک پزشکی 18 مگابایت | شهیدبهشتی

 

 

 

 

 

 

 

ucgadget.com

 

 

IRT 5,000 – خرید نهایی کردن خرید مورد به سبد خرید اضافه شد