Разница между внутренним полупроводником и внешним полупроводником

| 11 октября, 2021 | Физика

Главное отличие

Основное различие между внутренним полупроводником и внешним полупроводником состоит в том, что собственный полупроводник является чистым типом полупроводника, тогда как внешний полупроводник включает в себя примеси.

Собственный полупроводник против внешнего полупроводника

Собственный полупроводник считается самым чистым типом полупроводника. С другой стороны, когда в полупроводник добавляются примеси в небольших количествах, он известен как примесный полупроводник; из-за добавления примесей в примесные полупроводники они имеют лучшую проводимость, чем собственные полупроводники.

Собственные полупроводники также можно определить как полупроводник i-типа или нелегированный полупроводник. С другой стороны, внешний полупроводник также считается легированным полупроводником. Собственный полупроводник не делится ни на какие типы, тогда как; Внешние полупроводники далее делятся на полупроводники p-типа и полупроводники n-типа.

В собственных полупроводниках количество электронов в зоне проводимости и дырок в валентной зоне одинаково. С другой стороны, в примесных полупроводниках количество электронов и дырок не равно количеству; в полупроводнике n-типа преобладают электроны, а в полупроводнике p-типа — дырки.

В собственных полупроводниках центр запрещенной запрещенной зоны находится на уровне энергии Ферми. С другой стороны, в примитивном полупроводнике n-типа уровень Ферми присутствует около дна зоны проводимости, тогда как в примитивном полупроводнике p-типа он находится около вершины валентной базы.

В собственных полупроводниках существует небольшая запрещенная зона между валентной зоной и проводимостью. С другой стороны, внешний полупроводник имеет большую запрещенную зону, чем собственный полупроводник. Проводимость собственных полупроводников зависит от температуры, тогда как проводимость внешних полупроводников зависит от температуры и концентрации легированной примеси.

Примерами собственных полупроводников являются Si, Ge и т. Д. С другой стороны, примерами внешних полупроводников являются GaAs, GaP и т. Д.

Сравнительная таблица

Внутренний полупроводник Внешний полупроводник
Чистый полупроводник без присутствующих в нем легирующих элементов известен как собственный полупроводник. Полупроводник, который был легирован каким-либо следовым элементом или легирующим агентом во время его производства, известен как внешний полупроводник.
Также известный как
Собственные полупроводники также считаются полупроводниками i-типа или нелегированными полупроводниками. Внешний полупроводник также называют легированным полупроводником.
Проводимость
Собственные полупроводники имеют плохую проводимость. Внешние полупроводники имеют лучшую проводимость из-за добавления в них примесей.
Типы
Эти полупроводники не делятся ни на какие. Внешние полупроводники далее делятся на полупроводники p-типа и полупроводники n-типа.
Уровень энергии Ферми
В таких полупроводниках центр запрещенной запрещенной зоны показывает уровень энергии Ферми. В примитивном полупроводнике n-типа уровень Ферми присутствует около дна зоны проводимости, тогда как в p-типе он находится около вершины валентного основания.
Band Gap
Между валентной полосой и проводимостью есть небольшая запрещенная зона. Этот тип полупроводника имеет большую запрещенную зону.
Проведение
Проводимость таких полупроводников зависит от температуры. Его проводимость зависит от температуры и концентрации легированной примеси.
Количество электронов и дырок
Здесь электроны, присутствующие в зоне проводимости, и дырки, присутствующие в валентной зоне, равны по количеству. Количество электронов и дырок в примитивных полупроводниках неодинаково.
Примеры
Примеры собственных полупроводников — Si, Ge и т. Д. Примерами примесных полупроводников являются GaAs, GaP и др.

Что такое внутренний полупроводник ?

Слово «внутренний» означает «чистый». Итак, собственный полупроводник — это чистый полупроводник без каких-либо легирующих элементов или примесей, присутствующих в нем. Этот тип полупроводника также известен как полупроводник i-типа или нелегированный полупроводник. Поэтому количество носителей заряда зависит от свойств материала, а не от количества примесей.

В собственных полупроводниках количество электронов в зоне проводимости и дырок в валентной зоне одинаково. Здесь дырки обозначены p, а электроны обозначены n, поэтому в собственном полупроводнике n = p. В этом типе полупроводников электрическая проводимость зависит от кристаллографических дефектов или даже электронного возбуждения.

В собственных полупроводниках центр запрещенной запрещенной зоны показывает уровень энергии Ферми. Между валентной полосой и проводимостью есть небольшая запрещенная зона. При низких температурах электроны не сильно возбуждаются для достижения более высокого энергетического состояния. Таким образом, электроны остаются в валентной зоне, не показывая движения к зоне проводимости. С повышением температуры электроны возбуждаются и достигают зоны проводимости из валансной зоны, что приводит к протеканию тока.

В периодической таблице элементы IV группы образуют собственные полупроводники. Однако германий и кремний играют свою роль внутренних полупроводников, поскольку им требуется лишь небольшое количество энергии для разрыва ковалентной связи. И кремний, и германий имеют алмазоподобную структуру. У них обоих по четыре валентных электрона. Каждый атом связывает один из своих валентных электронов с четырьмя соседними атомами в кристаллической форме. Эти пары общих электронов образуют валентную или ковалентную связь.

С повышением температуры валентные электроны получают больше энергии. Благодаря этой энергии они разрывают ковалентную связь и вызывают увеличение проводимости элемента. Здесь только несколько атомов ионизируются тепловой энергией. Эта ионизация вызывает образование вакансии в связи.

Из-за тепловой энергии, когда электрон с зарядом –q, возбуждается, он отрывается от связи, которая создает вакансию с зарядом + q. Эта вакансия с положительным электронным зарядом действует как дырка. Эти дыры также действуют как свободные частицы, но с положительным зарядом. В собственных или нелегированных полупроводниках количество свободных электронов равно количеству дырок, и это явление известно как собственная концентрация носителей заряда.

Что такое внешний полупроводник ?

Внешний полупроводник — это тип полупроводника, который был легирован каким-либо следовым элементом или примесями во время его производства. Добавленные в него элементы известны как легирующие агенты, а этот процесс известен как легирующий агент. Итак, примесный полупроводник также называют легированным полупроводником. Такие полупроводники обладают лучшей проводимостью за счет добавления в них примесей. Таким образом, количество носителей заряда зависит от свойств материала и добавленных в него примесей.

Внешний полупроводник показывает более высокую запрещенную зону. Его проводимость зависит от температуры и концентрации легированной примеси. Более того, в примесных полупроводниках количество электронов и дырок не равно количеству.

При легировании материала следует иметь в виду, что количество примесей, смешанных с материалом, не должно влиять на структуру решетки полупроводника. Чтобы понять это, размеры атомов полупроводника и легирующей примеси должны быть одинаковыми. Например, кристаллы кремния и германия смешаны с трехвалентным (3 валентности) и пятивалентным (5 валентных), потому что они имеют одинаковый размер кристаллов.

Типы

  • Полупроводники n-типа: эти типы полупроводников получаются, когда чистые полупроводники смешиваются с пятивалентными (валентность 5) элементами. Когда кремний смешивается с пятивалентными элементами, четыре его электрона присоединяются к четырем соседним атомам кремния, образуя с ними связь. Но пятый электрон останется слабо прикрепленным к родительскому атому. Таким образом, чтобы освободить этот электрон, требуется очень низкая энергия ионизации. Вот почему этот слабо связанный электрон может перемещаться по решетке даже при комнатной температуре. Например, энергия ионизации, необходимая для кремния при комнатной температуре, составляет около 1,1 эВ. Но после добавления в него пятивалентной примеси эта энергия снизится до 0,05 эВ.
  • Полупроводник p-типа: полупроводник p-типа образуется, когда чистые полупроводники смешиваются с трехвалентными (валентность 3) легирующими добавками. Например, при добавлении трехвалентного элемента в атом кремния три его электрона образуют связь с тремя соседними атомами кремния. Но нет электрона, свободного для образования связи с четвертым атомом кремния. Этот процесс вызывает образование вакансии или дырки между четвертым атомом кремния и трехвалентным атомом. Итак, электрон с внешней орбиты соседнего атома спрыгнет, чтобы заполнить эту дыру. Этот скачок электрона создаст дыру в месте его присутствия. Другими словами, для проводимости имеется отверстие.

Ключевые отличия

  1. Чистый полупроводник без какого-либо легирующего элемента, присутствующего в нем, известен как собственный полупроводник, тогда как полупроводник, который был легирован каким-либо следовым элементом или легирующим агентом во время его производства, известен как внешний полупроводник.
  2. Собственные полупроводники также известны как полупроводники i-типа или нелегированные полупроводники. С другой стороны, примесный полупроводник также называют легированным полупроводником.
  3. Собственные полупроводники имеют плохую проводимость. И наоборот, примесные полупроводники имеют лучшую проводимость из-за добавления в них примесей.
  4. Собственные полупроводники не делятся ни на какие типы; С другой стороны, внешние полупроводники делятся на полупроводники p-типа и полупроводники n-типа.
  5. В собственных полупроводниках центр запрещенной запрещенной зоны находится на уровне энергии Ферми. С другой стороны, в примитивном полупроводнике n-типа уровень Ферми присутствует около дна зоны проводимости, тогда как в p-типе он находится около вершины валентного основания.
  6. В собственном полупроводнике существует небольшая запрещенная зона между валентной зоной и проводимостью, в то время как внешний полупроводник имеет большую запрещенную зону.
  7. Проводимость собственных полупроводников зависит от температуры; с другой стороны, проводимость примесного полупроводника зависит от температуры и концентрации легированной примеси.
  8. В собственном полупроводнике количество электронов, присутствующих в зоне проводимости, и дырок, присутствующих в валентной зоне, равно количеству, тогда как количество электронов и дырок не равно количеству в примитивных полупроводниках. Электроны в большинстве своем находятся в полупроводнике n-типа, а дырки — в большинстве в полупроводнике p-типа.
  9. Примерами собственных полупроводников являются Si, Ge и т. Д. С другой стороны, примерами внешних полупроводников являются GaAs, GaP и т. Д.

Заключение

Вышеупомянутое обсуждение резюмирует, что собственный полупроводник представляет собой тип чистого полупроводника без каких-либо добавленных в него примесей, например кремния или германия и т.д. это, например, GaP или GaAs и т. д.