อะไรทำให้สารเจือปนเป็นผู้ให้หรือผู้รับ?

สารผู้ให้มีอิเล็กตรอนเวเลนซ์มากกว่าอะตอมเจ้าบ้านที่มันแทนที่หนึ่งตัว ซึ่งง่ายต่อการให้อิเล็กตรอนนั้นไปยังแถบการนำ (conduction band) (ชนิด n-type) ส่วนสารผู้รับมีอิเล็กตรอนเวเลนซ์น้อยกว่าหนึ่งตัว ซึ่งจะจับอิเล็กตรอนจากแถบเวเลนซ์ (valence band) และทิ้งโฮลไว้ (ชนิด p-type)

เหตุใดสารกึ่งตัวนำชนิดอินทรินซิกจึงนำไฟฟ้าได้ดีขึ้นเมื่อได้รับความร้อน?

การเพิ่มอุณหภูมิทำให้อิเล็กตรอนมีพลังงานเพียงพอที่จะข้ามช่องว่างพลังงานมากขึ้น ซึ่งจะเพิ่มจำนวนคู่ของอิเล็กตรอน-โฮลที่พร้อมจะนำกระแสไฟฟ้าแบบทวีคูณ ซึ่งตรงข้ามกับโลหะที่ความสามารถในการนำไฟฟ้าลดลงเมื่อได้รับความร้อน

สารกึ่งตัวนำชนิดอินทรินซิกและเอกซ์ทรินซิก

สารกึ่งตัวนำบริสุทธิ์นำไฟฟ้าได้โดยอาศัยคู่ของอิเล็กตรอน-โฮลที่เกิดจากความร้อนเท่านั้น แต่การเติมสารเจือปนชนิดผู้ให้ (donor) หรือผู้รับ (acceptor) เข้าไปโดยเจตนาจะเปลี่ยนให้เป็นวัสดุชนิด n-type หรือ p-type ที่มีความสามารถในการนำไฟฟ้าที่ควบคุมได้

ค้นหาหัวข้อด้วย PaperMindเร็ว ๆ นี้Find papers & topics

Tools & resources

ดาวน์โหลดสไลด์

Learn & explore

วิดีโอเร็ว ๆ นี้

Definition

สารกึ่งตัวนำชนิดอินทรินซิกคือผลึกบริสุทธิ์ที่อิเล็กตรอนและโฮลถูกสร้างขึ้นในจำนวนเท่ากันโดยการกระตุ้นด้วยความร้อนข้ามช่องว่างพลังงาน ในขณะที่สารกึ่งตัวนำชนิดเอกซ์ทรินซิกคือสารที่ถูกเจือปนด้วยสารเจือปนชนิดผู้ให้หรือผู้รับ ซึ่งสร้างพาหะชนิดใดชนิดหนึ่งมากเกินไป ทำให้กลายเป็นชนิด n-type หรือ p-type

Scope

หัวข้อนี้จะจำแนกสารกึ่งตัวนำชนิดอินทรินซิก ซึ่งมีความเข้มข้นของอิเล็กตรอนและโฮลเท่ากันและถูกกำหนดโดยการกระตุ้นด้วยความร้อนข้ามช่องว่างพลังงาน (band gap) ออกจากสารกึ่งตัวนำชนิดเอกซ์ทรินซิก (เจือปน) ซึ่งสารเจือปนชนิดผู้ให้หรือผู้รับจะจัดหาพาหะส่วนใหญ่ (majority carriers) ให้ ครอบคลุมถึงระดับพลังงานตื้นของสารผู้ให้และผู้รับ (shallow donor and acceptor levels) การแตกตัวเป็นไอออน (ionization) สภาวะการแข็งตัว (freeze-out) สภาวะเอกซ์ทรินซิก และสภาวะอินทรินซิกของอุณหภูมิ และความสัมพันธ์ของความเข้มข้นของพาหะกับอุณหภูมิที่เกิดขึ้น ซึ่งเป็นพื้นฐานสำหรับหัวข้อสถิติของพาหะและรอยต่อที่จะกล่าวถึงต่อไป

Core questions

พาหะถูกสร้างขึ้นในสารกึ่งตัวนำบริสุทธิ์ได้อย่างไร และเหตุใดความเข้มข้นของพาหะอินทรินซิกจึงเพิ่มขึ้นอย่างรวดเร็วตามอุณหภูมิ?
สารเจือปนชนิดผู้ให้และผู้รับสร้างวัสดุชนิด n-type และ p-type ได้อย่างไร?
เหตุใดระดับพลังงานของสารเจือปนจึงตื้น และการแตกตัวเป็นไอออนแตกต่างกันไปตามอุณหภูมิอย่างไร?
สภาวะการแข็งตัว สภาวะเอกซ์ทรินซิก และสภาวะอินทรินซิกของความเข้มข้นของพาหะคืออะไร?

Key concepts

ความเข้มข้นของพาหะอินทรินซิก
สารเจือปนชนิดผู้ให้และผู้รับ
วัสดุชนิด n-type และ p-type
ระดับพลังงานสิ่งเจือปนตื้นและการแตกตัวเป็นไอออน
สภาวะการแข็งตัว สภาวะเอกซ์ทรินซิก และสภาวะอินทรินซิก

Clinical relevance

การเจือปนที่ควบคุมได้ซึ่งจำแนกวัสดุชนิดเอกซ์ทรินซิกออกจากอินทรินซิกเป็นพื้นฐานของอุปกรณ์สารกึ่งตัวนำทั้งหมด การเลือกชนิดและความเข้มข้นของสารเจือปนจะกำหนดความหนาแน่นของพาหะและความสามารถในการนำไฟฟ้าของบริเวณที่ประกอบเป็นไดโอด ทรานซิสเตอร์ และวงจรรวม

History

บทบาทของสิ่งเจือปนในการนำไฟฟ้าของสารกึ่งตัวนำได้รับการชี้แจงในช่วงทศวรรษ 1930 และ 1940 และการพัฒนาการเจือปนที่ควบคุมได้และการเติบโตของผลึกเดี่ยวที่ Bell Labs ในช่วงปลายทศวรรษ 1940 และต้นทศวรรษ 1950 ทำให้วัสดุชนิด n-type และ p-type ที่สามารถผลิตซ้ำได้เป็นไปได้ ซึ่งนำไปสู่การประดิษฐ์ทรานซิสเตอร์และอุตสาหกรรมสารกึ่งตัวนำ

Key figures

William Shockley
Gordon Teal
Walter Brattain

Seminal works

sze2007
ashcroft1976

Frequently asked questions

อะไรทำให้สารเจือปนเป็นผู้ให้หรือผู้รับ?: สารผู้ให้มีอิเล็กตรอนเวเลนซ์มากกว่าอะตอมเจ้าบ้านที่มันแทนที่หนึ่งตัว ซึ่งง่ายต่อการให้อิเล็กตรอนนั้นไปยังแถบการนำ (conduction band) (ชนิด n-type) ส่วนสารผู้รับมีอิเล็กตรอนเวเลนซ์น้อยกว่าหนึ่งตัว ซึ่งจะจับอิเล็กตรอนจากแถบเวเลนซ์ (valence band) และทิ้งโฮลไว้ (ชนิด p-type)
เหตุใดสารกึ่งตัวนำชนิดอินทรินซิกจึงนำไฟฟ้าได้ดีขึ้นเมื่อได้รับความร้อน?: การเพิ่มอุณหภูมิทำให้อิเล็กตรอนมีพลังงานเพียงพอที่จะข้ามช่องว่างพลังงานมากขึ้น ซึ่งจะเพิ่มจำนวนคู่ของอิเล็กตรอน-โฮลที่พร้อมจะนำกระแสไฟฟ้าแบบทวีคูณ ซึ่งตรงข้ามกับโลหะที่ความสามารถในการนำไฟฟ้าลดลงเมื่อได้รับความร้อน