P tipo puslaidininkis – apibrėžimas ir veikimo principas
P tipo puslaidininkis: aiškus apibrėžimas ir veikimo principas — kaip boras ar aliuminis sukuria „skyles“ ir lemia elektros srovės tekėjimą.
P tipo puslaidininkis yra puslaidininkio tipas, kuriame daugumą elektros nešėjų sudaro teigiamos įkrovos „skylės“ (angl. holes). Tokį elgesį pasiekiama pridedant į gryną puslaidininkį (dažniausiai silikoną arba germanį) trivalentės priemaišos: boras, galis, indis, aliuminis ir pan. Tokios priemaišos vadinamos akceptorinėmis priemaišomis, nes jos „priima“ elektroną iš valentinio lanko ir sukuria laisvą vietą – skylę.
Veikimo principas
Silicis turi keturis valentinius elektronus, todėl grynas silicis sudaro stiprią tetraedrinę kristalinę tinklą. Kai į tokį tinklą įterpiama atomo su trimis valentiniais elektronais (pvz. boras, aliuminis), to atomo ryšiai su kaimyniniais atomais palieka vieną trūkstamą elektroną – skylę. Ši skylė gali būti užpildyta artimo atomo elektronu, o elektronų judėjimas, užpildantis ir vėl formuojantis skyles, suteikia laidumą: iš makroskopinės pusės atrodo, kad juda teigiami nešėjai (skylės).
Energetiškai akceptoriniai atomai sukuria akceptorinį energijos lygį šiek tiek virš valentės juostos. Esant nedideliam priemaišų kiekiui, dauguma nešėjų yra egzogeninės skylės (majoritiniai nešėjai), o elektronų koncentracija yra gerokai mažesnė (minoritiniai nešėjai). Kai prie puslaidininkio pritaikomas elektrinis laukas, skylės juda link neigiamo elektrodo, o elektronių judėjimas užpildant skyles sukuria įtampos sukeltą srovę. Tradicinė srovės kryptis nustatoma pagal teigiamų nešėjų (skylės) judėjimą – tai yra priešinga elektronų judėjimo krypčiai.
Praktinės savybės ir terminai
- Ekstrinis ir intrinsinis laidumas: p tipo puslaidininkis yra ekstrinis (priemaišomis dozuotas) ir turi didesnę laidumą nei grynasis (intrinsinis) silicis esant žemoms temperatūroms arba esant santykinai nedidelėms priemaišų koncentracijoms.
- Dopingo lygiai: priklausomai nuo priemaišų koncentracijos skiriami silpniai dozuoti (p), stipriai dozuoti (p+) ir pan. Didesnis dopingo lygis didina laidumą, tačiau sumažina nešėjų mobilumą dėl sklaidos.
- Temperatūros įtaka: kylant temperatūrai didėja termiškai generuojamų elektronų ir skylių skaičius, todėl išryškėja intrinės savybės – esant labai aukštai temperatūrai skirtumas tarp p tipo ir gryno puslaidininkio mažėja.
- Majoritiniai ir minoritiniai nešėjai: p tipo: majoritiniai – skylės, minoritiniai – elektronai. Tai svarbu kuriant p–n sandūras ir tranzistorius.
P tipo puslaidininkis p–n sandūroje ir taikymas
Sujungus p tipo medžiagą su n tipo medžiaga, susidaro p–n sandūra, kurios veikimas pagrindžia diodų, tranzistorių ir daugelio kitų puslaidininkių įrenginių veikimą. Ant p pusės vyrauja skylės, o ant n pusės – elektronai; jų difuzija per sandūrą sukuria barjerinę įtampą ir sankaupų zonas, kurios reguliuoja srovės tekėjimą vienu ar kitu kryptimi.
Praktiniai p tipo puslaidininkių pritaikymai:
- Diodės ir taisykliaujančios srovės elementai
- Transistorinės struktūros (BJT, MOSFET) – p regionai naudojami kaip emiteriai, bazės ar kanalai
- Fotovoltainės ląstelės (saulės elementai) – p tipo sluoksnis kartu su n sluoksniu formuoja šviesai jautrią sandūrą
- Jutikliai ir mikroelektronikos komponentai
Pavyzdžiai priemaišų
Tipiški akceptoriniai dopantai: boras (B), galis (Ga), indis (In), aliuminis (Al). Jie turi tris valentinės srities elektronus, todėl įterpti į keturvalentinį silicį palieka vieną trūkumą – skylę.
Apibendrinant: p tipo puslaidininkis yra extriškai dopuota medžiaga, kurioje daugumą nešėjų sudaro skylės. Tokio tipo medžiagos yra kertinės šiuolaikinėje elektronikoje – nuo paprastų diodų iki sudėtingų integrinių grandinių.
Gamyba
P tipo puslaidininkiai gaminami dopinguojant grynąją puslaidininkinę medžiagą. Pridedamų priemaišų kiekis yra labai mažas, palyginti su puslaidininkio kiekiu. Tikslų puslaidininkio pobūdį galima pakeisti keičiant pridedamo "priemaišos" kiekį.P tipo puslaidininkyje skylių skaičius yra daug didesnis nei termiškai generuojamų elektronų.
Susiję puslapiai
Puslaidininkiniai prietaisai
Klausimai ir atsakymai
K: Kas yra p tipo puslaidininkis?
Atsakymas: P tipo puslaidininkis - tai puslaidininkio tipas, kai į savitąjį arba grynąjį puslaidininkį, pavyzdžiui, silicį arba germanį, pridedama trivalentė priemaiša.
K: Kas yra akceptorinės priemaišos?
A: Trivalentės priemaišos, tokios kaip boras (B), galis (Ga), indis (In) ir aliuminis (Al), vadinamos akceptorinėmis priemaišomis.
K: Iš ko sudaryti įprasti puslaidininkiai?
A: Įprasti puslaidininkiai yra pagaminti iš medžiagų, kurios yra pusiaukelėje tarp laidininkų ir izoliatorių ir nelabai gerai praleidžia elektros srovę.
K: Kaip medžiagoje atsiranda elektros srovė?
A: Kad atsirastų elektros srovė, elektronai turi judėti per medžiagą, o medžiagoje turi būti elektroninė skylė, į kurią elektronas galėtų judėti.
K: Kaip p tipo puslaidininkis leidžia tekėti srovei?
A: P tipo puslaidininkis turi daugiau skylučių nei elektronų, todėl srovė teka išilgai medžiagos nuo skylutės iki skylutės, bet tik viena kryptimi.
K: Kas yra silicis ir kaip iš jo gaminami puslaidininkiai?
A: Silicis yra elementas, kurio išoriniame apvalkale yra keturi elektronai ir kuris dažniausiai naudojamas puslaidininkiams gaminti. Norint pagaminti p tipo puslaidininkį, į silicį pridedama papildomų medžiagų, pavyzdžiui, boro arba aliuminio, ir taip vietoj ketvirtojo elektrono atsiranda skylė.
K: Kokiu tikslu į gryną puslaidininkį pridedama trivalentė priemaiša?
A: Į grynąjį puslaidininkį pridėjus trivalentės priemaišos, tokios kaip boras ar aliuminis, susidaro elektronų skylės ir p tipo puslaidininkyje gali tekėti elektros srovė.
Ieškoti