Unterschied zwischen p-Typ und n-Typ Halbleiter

Hauptunterschied - p-Typ vs. n-Typ Halbleiter

p-Typ und n-Typ-Halbleiter sind für den Aufbau moderner Elektronik absolut notwendig. Sie sind sehr nützlich, da ihre Leitungsfähigkeit leicht kontrolliert werden kann. Dioden und Transistoren, die für alle Arten von moderner Elektronik von zentraler Bedeutung sind, erfordern p-Typ und n-Typ Halbleiter für ihren Aufbau. Das Hauptunterschied zwischen p-Typ und n-Typ Halbleiter ist das p-Typ-Halbleiter werden durch Hinzufügen von Verunreinigungen von Elementen der Gruppe III hergestellt an intrinsische Halbleiter, während in n-Halbleiter sind die Verunreinigungen Elemente der Gruppe IV.

Was ist ein Halbleiter?

EIN Halbleiter ist ein Material mit einer Leitfähigkeit zwischen der eines Leiters und einem Isolator. In dem Bandtheorie der Festkörper, Die Energieniveaus werden in Form von Bändern dargestellt. Nach dieser Theorie sollten Elektronen aus dem Valenzband in der Lage sein, sich zum Leitungsband hinauf zu bewegen, um zu leiten (beachten Sie, dass "Aufwärtsbewegen" hier kein Elektron bedeutet physikalisch nach oben, aber eher ein Elektron, das eine Energiemenge gewinnt, die mit den Energien des Leitungsbandes verbunden ist). Der Theorie zufolge haben Metalle (die Leiter sind) eine Bandstruktur, bei der das Valenzband mit dem Leitungsband überlappt. Infolgedessen können Metalle leicht Strom leiten. In Isolatoren, die Bandabstand zwischen dem Valenzband und dem Leitungsband ist ziemlich groß, so dass es extrem schwierig ist, dass Elektronen in das Leitungsband gelangen. Im Gegensatz dazu haben Halbleiter eine kleine Lücke zwischen den Valenz- und Leitungsbändern. Durch Erhöhung der Temperatur ist es beispielsweise möglich, Elektronen so viel Energie zu geben, dass sie sich vom Valenzband in das Leitungsband bewegen können. Dann können sich die Elektronen im Leitungsband bewegen und der Halbleiter kann Elektrizität leiten.

Wie Metalle (Leiter), Halbleiter und Isolatoren unter der Bandtheorie von Festkörpern betrachtet werden.

Intrinsische Halbleiter sind Elemente mit vier Valenzelektronen pro Atom, d. h. Elemente, die in "Gruppe-IV" des Periodensystems vorkommen, wie beispielsweise Silizium (Si) und Germanium (Ge). Da jedes Atom vier Valenzelektronen besitzt, kann jedes dieser Valenzelektronen eine kovalente Bindung mit einem der Valenzelektronen in einem benachbarten Atom eingehen. Auf diese Weise wären alle Valenzelektronen an einer kovalenten Bindung beteiligt. Streng genommen ist dies nicht der Fall: Je nach Temperatur können mehrere Elektronen ihre kovalenten Bindungen „aufbrechen“ und an der Leitung teilnehmen. Es ist jedoch möglich, die Leitfähigkeit eines Halbleiters stark zu erhöhen, indem dem Halbleiter in einem so genannten Prozess kleine Mengen einer Verunreinigung zugesetzt werden Doping. Die Verunreinigung, die dem intrinsischen Halbleiter hinzugefügt wird, wird als bezeichnet Dotierstoff. Ein dotierter Halbleiter wird als bezeichnet extrinsischer Halbleiter.

Was ist ein n-Typ Halbleiter

Ein n-Halbleiter vom Typ werden hergestellt, indem eine kleine Menge eines Gruppe-V-Elements wie Phosphor (P) oder Arsen (As) zu dem intrinsischen Halbleiter hinzugefügt wird. Gruppe-V-Elemente haben fünf Valenzelektronen pro Atom. Wenn diese Atome Bindungen mit den Gruppe-IV-Atomen eingehen, können daher aufgrund der Atomstruktur des Materials nur vier der fünf Valenzelektronen an kovalenten Bindungen beteiligt sein. Dies bedeutet, dass pro Dotierstoffatom ein zusätzliches "freies" Elektron vorhanden ist, das dann in das Leitungsband gelangen und mit dem Leiten von Elektrizität beginnen kann. Daher sind die Dotierstoffe in n-Typ Halbleiter werden genannt Spender weil sie Elektronen an das Leitungsband „spenden“. Im Hinblick auf die Bandtheorie können wir uns vorstellen, dass die freien Elektronen von Spendern ein Energieniveau haben, das nahe bei den Energien des Leitungsbandes liegt. Da die Energielücke klein ist, können die Elektronen leicht in das Leitungsband springen und einen Strom leiten.

Was ist ein p-Typ Halbleiter

EIN p-Typ-Halbleiter werden durch Dotieren eines intrinsischen Halbleiters mit Gruppe-III-Elementen wie Bor (B) oder Aluminium (Al) hergestellt. In diesen Elementen gibt es nur drei Valenzelektronen pro Atom. Wenn diese Atome zu einem intrinsischen Halbleiter hinzugefügt werden, kann jedes der drei Elektronen mit Valenzelektronen aus drei der umgebenden Atome des intrinsischen Halbleiters kovalente Bindungen bilden. Aufgrund der kristallinen Struktur kann das Dotierstoffatom jedoch eine weitere kovalente Bindung eingehen, wenn es ein weiteres Elektron hat. Mit anderen Worten, es gibt jetzt eine "Vakanz" für ein Elektron, und oft wird eine solche "Vakanz" als a bezeichnet Loch. Das Dotierstoffatom kann nun ein Elektron aus einem der umgebenden Atome entnehmen und damit eine Bindung eingehen. Im p-Typ Halbleiter werden die Dotierstoffatome genannt Akzeptoren da nehmen sie Elektronen für sich. 

Nun hat auch das Atom, von dem ein Elektron gestohlen wurde, ein Loch. Dieses Atom kann nun einem seiner Nachbarn ein Elektron stehlen, das wiederum einem seiner Elektronen ein Elektron stehlen kann es ist Nachbarn… und so weiter. Auf diese Weise können wir uns tatsächlich vorstellen, dass ein „positiv geladenes Loch“ sich durch das Valenzband eines Materials bewegen kann, ähnlich wie ein Elektron das Leitungsband durchlaufen kann. Die "Bewegung von Löchern" im Leitungsband kann als Strom angesehen werden. Es ist zu beachten, dass die Bewegung von Löchern im Valenzband für eine gegebene Potentialdifferenz entgegengesetzt zur Bewegung von Elektronen im Leitungsband verläuft. Im p-Typ Halbleiter, die Löcher sollen die sein Mehrheit Träger während die Elektronen im Leitungsband die sind Minderheitsträger.

In der Bandtheorie liegt die Energie der akzeptierten Elektronen ("Akzeptorniveau") etwas höher als die Energie des Valenzbandes. Elektronen aus dem Valenzband können dieses Niveau leicht erreichen und Löcher im Valenzband hinterlassen. Das folgende Diagramm veranschaulicht die Energiebänder in intrinsisch, n-Typ und p-Typ Halbleiter.

Energiebänder in intrinsisch, n-Typ und p-Typ Halbleiter.

Unterschied zwischen p-Typ und n-Typ Halbleiter

Dotierstoffe

Im p-Art Halbleiter, die Dotierstoffe sind Elemente der Gruppe III.

Im n-Typ Halbleiter, Die Dotierstoffe sind Elemente der Gruppe IV.

Dotierverhalten:

Im p-Art Halbleiter, die Dotierstoffatome sind Akzeptoren: Sie nehmen Elektronen und schaffen Löcher im Valenzband.

Im n-Typ Halbleiter, die Dotierstoffatome wirken als Spender: Sie spenden Elektronen, die leicht das Leitungsband erreichen können.

Mehrheitsführer

Im p-Art Halbleiter, Die Mehrheitsträger sind Löcher, die sich im Valenzband bewegen.

Im n-Typ Halbleiter, Die Majoritätsträger sind Elektronen, die sich im Leitungsband bewegen.

Mehrheitsbetreiberbewegung

Im p-Typ Halbleiter, die Mehrheitsträger bewegen sich in Richtung des konventionellen Stroms (von höherem auf niedrigeres Potential).

Im n-Typ Halbleiter, Die Mehrheitsträger bewegen sich gegen die Richtung des konventionellen Stroms.

Bildhöflichkeit:

"Vergleich der elektronischen Bandstrukturen von Metallen, Halbleitern und Isolatoren." Von Pieter Kuiper (Eigenbau) [Public Domain], über Wikimedia Commons