Differenza tra semiconduttori di tipo p e n

Differenza principale - p-digitare vs. n-tipo Semiconduttore

p-tipo e n-i semiconduttori di tipo sono assolutamente cruciali per la costruzione dell'elettronica moderna. Sono molto utili perché le loro capacità di conduzione possono essere facilmente controllate. Diodi e transistor, che sono centrali per tutti i tipi di elettronica moderna, richiedono p-tipo e n-digitare semiconduttori per la loro costruzione. Il differenza principale fra p-tipo e n-tipo semiconduttore è quello p-i semiconduttori di tipo sono realizzati aggiungendo impurità di elementi del gruppo III a semiconduttori intrinseci mentre, in n-tipo semiconduttori, le impurità sono elementi del gruppo IV.

Cos'è un semiconduttore

UN semiconduttore è un materiale che ha una conduttività tra quella di un conduttore e un isolante. Nel teoria della banda dei solidi, i livelli di energia sono rappresentati in termini di bande. Secondo questa teoria, per un materiale da condurre, gli elettroni della banda di valenza dovrebbero essere in grado di spostarsi verso la banda di conduzione (si noti che "spostarsi" qui non significa un elettrone fisicamente salendo, ma piuttosto un elettrone che guadagna una quantità di energia che è associata alle energie della banda di conduzione). Secondo la teoria, i metalli (che sono conduttori) hanno una struttura a banda in cui la banda di valenza si sovrappone alla banda di conduzione. Di conseguenza, i metalli possono facilmente condurre elettricità. Negli isolatori, il band gap tra la banda di valenza e la banda di conduzione è abbastanza grande in modo che sia estremamente difficile per gli elettroni entrare nella banda di conduzione. Al contrario, i semiconduttori hanno un piccolo spazio tra le bande di valenza e conduzione. Aumentando la temperatura, ad esempio, è possibile fornire agli elettroni abbastanza energia che consente loro di spostarsi dalla banda di valenza alla banda di conduzione. Quindi, gli elettroni possono muoversi nella banda di conduzione e il semiconduttore può condurre elettricità.

Come i metalli (conduttori), i semiconduttori e gli isolanti sono visti sotto la teoria della banda dei solidi.

Semiconduttori intrinseci sono elementi con quattro elettroni di valenza per atomo, cioè elementi che si verificano in "Gruppo-IV" della tavola periodica come silicio (Si) e germanio (Ge). Poiché ogni atomo ha quattro elettroni di valenza, ciascuno di questi elettroni di valenza può formare un legame covalente con uno degli elettroni di valenza in un atomo vicino. In questo modo, tutti gli elettroni di valenza sarebbero coinvolti in un legame covalente. In senso stretto, non è così: a seconda della temperatura, un numero di elettroni è in grado di "rompere" i loro legami covalenti e prendere parte alla conduzione. Tuttavia, è possibile aumentare notevolmente la capacità di conduzione di un semiconduttore aggiungendo piccole quantità di impurità al semiconduttore, in un processo chiamato doping. L'impurità che viene aggiunta al semiconduttore intrinseco è chiamata drogante. Un semiconduttore drogato è indicato come un semiconduttore estrinseco.

Cos'è un n-tipo Semiconduttore

Un n-il semiconduttore di tipo viene prodotto aggiungendo una piccola quantità di un elemento Group-V come il fosforo (P) o l'arsenico (As) al semiconduttore intrinseco. Gli elementi di gruppo V hanno cinque elettroni di valenza per atomo. Pertanto, quando questi atomi creano legami con gli atomi del gruppo IV, a causa della struttura atomica del materiale, solo quattro dei cinque elettroni di valenza possono essere coinvolti in legami covalenti. Ciò significa che per ciascun atomo di drogante esiste un elettrone extra "libero" che può quindi entrare nella banda di conduzione e iniziare a condurre elettricità. Pertanto, gli atomi droganti in n-vengono chiamati i semiconduttori di tipo donatori perché "donano" elettroni alla banda di conduzione. In termini di teoria della banda, possiamo immaginare gli elettroni liberi di donatori con un livello di energia vicino alle energie della banda di conduzione. Poiché il gap di energia è piccolo, gli elettroni possono facilmente saltare nella banda di conduzione e iniziare a condurre una corrente.

Cos'è un p-tipo Semiconduttore

UN p-il semiconduttore di tipo è costituito dal drogaggio di un semiconduttore intrinseco con elementi del gruppo III come il boro (B) o l'alluminio (Al). In questi elementi ci sono solo tre elettroni di valenza per atomo. Quando questi atomi vengono aggiunti a un semiconduttore intrinseco, ciascuno dei tre elettroni può formare legami covalenti con elettroni di valenza da tre degli atomi circostanti del semiconduttore intrinseco. Tuttavia, a causa della struttura cristallina, l'atomo drogante può creare un altro legame covalente se avesse un altro elettrone. In altre parole, ora c'è un "posto vacante" per un elettrone, e spesso tale "vacanza" è chiamata a buco. L'atomo drogante può ora prelevare un elettrone da uno degli atomi circostanti e usarlo per formare un legame. Nel p-tipo semiconduttori, vengono chiamati gli atomi droganti accettori dal momento che prendono gli elettroni per se stessi. 

Ora, l'atomo che ha rubato un elettrone da esso viene lasciato con un buco. Questo atomo può ora rubare un elettrone da uno dei suoi vicini, il quale, a sua volta, può rubare un elettrone da uno suo vicini ... e così via. In questo modo, possiamo effettivamente immaginare che un "buco con carica positiva" possa attraversare la banda di valenza di un materiale, nello stesso modo in cui un elettrone può viaggiare attraverso la banda di conduzione. Il "movimento dei fori" nella banda di conduzione può essere visto come una corrente. Si noti che il movimento dei fori nella banda di valenza è nella direzione opposta al movimento degli elettroni nella banda di conduzione per una determinata differenza di potenziale. Nel p-tipo semiconduttori, si dice che i fori siano i maggioranza vettori mentre gli elettroni nella banda di conduzione sono i vettori di minoranza.

In termini di teoria delle bande, l'energia degli elettroni accettati ("il livello dell'accettore") è leggermente superiore all'energia della banda di valenza. Gli elettroni della banda di valenza possono facilmente raggiungere questo livello, lasciando buchi nella banda di valenza. Lo schema seguente illustra le bande di energia intrinseche, n-tipo e p-tipo semiconduttori.

Bande di energia intrinseche, n-tipo e p-tipo semiconduttori.

Differenza tra p-tipo e n-tipo Semiconduttore

droganti

Nel p-genere semiconduttore, i droganti sono elementi del gruppo III.

Nel n-tipo di semiconduttore, i droganti sono elementi del gruppo IV.

Comportamento Dopant:

Nel p-genere semiconduttore, gli atomi droganti sono accettori: prendono elettroni e creano buchi nella banda di valenza.

Nel n-tipo di semiconduttore, gli atomi droganti agiscono come donatori: donano elettroni che possono facilmente raggiungere la banda di conduzione.

Maggior parte dei vettori

Nel p-genere semiconduttore, i portatori maggioritari sono fori che si muovono nella banda di valenza.

Nel n-tipo di semiconduttore, i portatori di maggioranza sono elettroni che si muovono nella banda di conduzione.

Movimento dei trasportatori di maggioranza

Nel p-tipo di semiconduttore, i portatori di maggioranza si muovono nella direzione della corrente convenzionale (dal potenziale più alto a quello più basso).

Nel n-tipo di semiconduttore, i portatori di maggioranza si muovono contro la direzione della corrente convenzionale.

Cortesia dell'immagine:

"Confronto delle strutture a banda elettronica di metalli, semiconduttori e isolanti" di Pieter Kuiper (autoprodotto) [Public Domain], tramite Wikimedia Commons