شنبه , ۱۳ آذر ۱۳۹۵
دانلود رایگان نرم افزار آنالیز تصویر + فیلم آموزشی
انواع نیم رسانا

انواع نیم رسانا

انواع نیم رسانا

ارسالی از : نجمه براتی

 

انواع نیم رساناها

نیم رسانای ذاتی

بخش عمده الکترونیک نوین ، وابسته به کاربرد مواد نیرم رسانا است. دیودهای نورگسیلLEDها ترانزیستورها و باتریهای خورشیدی از جمله عناصر الکترونیکی متداولی هستند که از نیم رساناها استفاده می‌کنند. نیم رساناهایی مانند Cds و ورمیلیون (Hgs) رنگهای درخشان دارند و هنرمندان نقاشی ، از آنها استفاده می‌کنند. آنچه که تعیین کننده خواص الکترونیکی نیم رسانا است گاف انرژی (گاف نواری). بین ظرفیت و نوار و رسانش است. در بعضی مواد مانند Cds این شکاف اندازه ثابتی دارد. این مواد ، نیم رساناهای ذاتی نامیده می‌شود.

هنگامی که نور سفید ، با نیم رسانا برهمکنش می‌کند الکترونها تحریک شده و به نوار رسانش می‌روند. Cds ، نور بنفش و تا حدودی نور آبی را در می‌آشامد. اما انرژی سایر بسامدها ، کمتر از انرژی لازم برای برانگیختن یک الکترون ورای گاف انرژی است. این بسامدها بازتاب می‌یابند و رنگی که مشاهده می‌کنیم، زرد است. در برخی نیم رساناها مانند GoAS و Pbs ، گاف نواری ، چنان کوچک است که تمام بسامدهای نور مرئی در آنها دیده می‌شوند. هیچ نور مرئی بازتابی وجود ندارد و ماده تیره رنگ است.

image002

 

نیم رسانای مصنوعی

در بیشتر نیم رساناها که غیر ذاتی نامیده می‌شوند، اندازه گاف نواری ، با افزودن دقیق ناخالصیهایی کنترل می‌شود، که این فرآیند تقویت نامیده می‌شود. سیستم عمل تقویت روی سیلیکون یکی از متداولترین نیم رساناهاست.

نیم رسانای نوع n

وقتی به سیلیکون ، ناخالصی فسفر افزوده شود، تراز انرژی اتمی فسفر ، دقیقا در زیر نوار رسانش سیلیکون قرار می‌گیرد.
هر اتم فسفر ، ۴ الکترون از ۵ الکترون ظرفیتش را تشکیل نمونه با ۴ اتم si مجاور بکار می‌برد و انرژی گرمایی به تنهایی کافی است تا باعث شود، الکترون اضافی ظرفیت به نوار رسانش بر انگیخته شده به یک یون p غیر متحرک را بر جای گذارد. اتمهای فسفر ، دهنده نامیده می‌شود. رسانش الکتریکی در این نوع نیم رسانا عمدتا در اثر حرکت الکترونهای حاصل از اتمهای دهنده در نوار رسانش، به وجود می‌آید. این نوع نیم رسانا نوع n نامیده میشود که در آن n به معنی منفی است، این نوعی بار الکتریکی که توسط الکترونها حمل می‌شود.

image003

 

با افزودن مقادیر کمی ناخالصی از جنس یک اتم پنج ظرفیتی مانند ارسنیک به نیمه‌رسانای سیلیسیوم که دارای چهار الکترون ظرفیت هست، نیمه‌رسانای نوع n تشکیل می‌شود. همان‌گونه که در تصویر ۲ مشاهده می‌کنیم، چهار تا از الکترون‌های ظرفیت اتم ارسنیک با اتم‌های سیلیسیومِ همسایه پیوند تشکیل می‌دهند و در واقع این چهار الکترون به جای الکترون‌های اتم سیلیسیوم، نوار ظرفیت را پُر می‌کنند.

image004

 

شکل ۲- آلایش سیلیسیوم با ارسنیک

نیم رسانای نوع P

وقتی به سیلیکون ناخالص آلومینیم افزوده می‌شود. تراز انرژی اتمهای AL که اتمهای پذیرنده نامیده می‌شوند، درست بالای نوار ظرفیت سیلیکون قرار می‌گیرد. با سه اتم Si مجاور پیوند جفت الکترونی منظمی تشکیل می‌دهد. اما با چهارمین اتم Si فقط یک پیوند تک الکترونی تشکیل می‌دهد. یک الکترون به راحتی از نوار ظرفیت یک اتم آلومینیوم در تراز پذیرنده بر انگیخته می‌شود. در نهایت ، یک یون منفی تا A غیر متحرک بوجود می‌آمد و در نتیجه این فرآیند یک حفره مثبت در نوار ظرفیت پدیدار می‌شود. از آنجا که رسانش الکتریکی در این نوع نیم رسانا عمدتا شامل حرکت حفره‌های مثبت است این نوع نیم رسانا ، نوع P نامیده می‌شود.

اگر به نیمه‌رسانایی از جنس سیلیسیوم مقادیر کمی ناخالصی از یک اتم سه ظرفیتی مانند بور اضافه کنیم، مطابق آن‌چه در تصویر ۴ مشاهده می‌کنیم، سه الکترون اتم بور با اتم‌های سیلیسیومِ همسایه پیوند تشکیل می‌دهند. برای تکمیل شدن پیوند، الکترون‌های موجود در نوار ظرفیت نیمه‌رسانا، جای یک الکترون ناقص را پر می‌کنند تا پیوند کامل شود. بدین ترتیب یک حفره‌ی اضافی در نوار ظرفیت نیمه‌رسانا تشکیل می‌شود.

image005

شکل ۴- آلایش سیلیسیوم با بور

کاربرد نیم رساناها در باطری خورشیدی

یک سلول خورشیدی که از نیم رساناها ساخته شده از سیلیکون استفاده می‌شود. لایه نازکی از نیم رسانای نوع P با یک نیم رسانای نوع n ، در ناحیه‌ای به نام پیوندگاه در تماس است. عمدتا عبور الکترونها و حفره‌های مثبت از میان پیوندگاه بسیار محدود است. زیرا چنین حرکتی ، منجر به تفکیک بار می‌شود: حفره‌های سبک ناشی از نیم رسانای نوع p که از پیوندگاه عبور می‌کنند ناگزیر از یونهای غیر متحرک تا A جدا خواهند شد و الکترونهای ناشی از نیم رسانای نوع n که از پیوندگاه عبور می‌کنند به ناچار از یونهای غیر متحرک +P جدا می‌شوند.

حال در نظر بگیرید که نیم رسانای نوع p در معرض باریکه‌ای از نور قرار گیرد. الکترونهای واقع در نوار ظرفیت ، می‌توانند انرژی ، در آشامیده و همراه با ایجاد حفره‌های مثبت در نوار ظرفیت ، به لایه رسانش ارتقاء یابند. الکترونهای رسانش بر خلاف حفره‌های مثبت می‌توانند به راحتی از پیوندگاه عبور کرده وارد نیم رسانای نوع n شوند. این عمل ، سفارش الکترونها (جریان الکتریکی) را برقرار می‌کند. الکترونها می‌توانند توسط سیمها از میان یک مصرف کننده خارجی مانند لامپها ، موتورهای الکتریکی و … انتقال پیدا کنند و سرانجام به نیم رسانای نوع p باز گردند. جایی که آنها حفره‌های مثبت را پر می‌کنند.

مواد نیمه رسانا، انواع و ویژگی ها

یکی از ویژگی‌های جالب مواد نیمه‌رسانا، که آنها را از مواد رسانا متمایز می‌کند، چگونگی تغییر مقاومت ویژه‌ی الکتریکی آنها با تغییرات دما است. همانطور که می‌دانیم افزایش دما موجب افزایش مقاومت ویژه‌ی الکتریکی مواد رسانا می‌شود. علت این پدیده نیز افزایش تعداد و شدت برخورد الکترون‌های آزاد با اتم‌های در حال نوسان در جسم رسانا است. با افزایش دما، جنبشِ ذراتِ تشکیل‌دهنده‌ی جسم بیشتر می‌شود و بنابراین تعداد و شدت برخورد الکترون‌های آزاد با اتم‌های جسم افزایش می‌یابد. یعنی الکترون‌ها که حاملان بار الکتریکی در جسم جامد رسانا هستند، برای انتقال بار الکتریکی با موانع بیشتری برخورد می‌کنند و در نتیجه رسانایی الکتریکیِ جسم کاهش می‌یابد.
آزمایش‌ نشان می‌دهد، برخلاف رسانا، در نیمه رسانا افزایش دما موجب کاهش مقاومت ویژه‌ی الکتریکیِ نیمه‌رسانا می‌شود. توجیه این پدیده در نیمه‌رسانا تنها با استفاده از نظریه‌ی نواری امکان‌پذیر است.
در تصویر ۱ ساختار نواری یک نیمه‌رسانا نشان داده شده است. همان‌گونه که در تصویر می‌بینیم در دماهای پایین نوار ظرفیت نیمه‌رسانا کاملا پُر از الکترون و نوار رسانش کاملا خالی از الکترون است. از این رو نه نوار ظرفیت در رسانش نقشی دارد (چون نوار کاملا پر است و هیچ الکترونی امکان گذار درون نوار را ندارد) و نه در نوار رسانش الکترونی هست تا موجب رسانایی الکتریکی شود. بنابراین در دماهای پایین، نیمه‌سانا مشابه نارسانا رفتار می‌کند. با افزایش دما، تعدادی از الکترون‌های نوار ظرفیت به نوار رسانش گذار می‌کنند. بدین ترتیب هم الکترون‌هایی که در نوار رسانش قرار می‌گیرند، موجب رسانایی الکتریکی می‌شوند و هم تعدادی تراز خالی در نوار ظرفیت ایجاد می‌شود. ازاین‌رو امکان گذار برای الکترون‌های نوار ظرفیت نیز (در همان نوار) فراهم می‌شود. به بیان دیگر، در این حالت هم نوار رسانش در رسانایی الکتریکی نقش دارد و هم نوار ظرفیت. به همین ترتیب با افزایش دما هم تعداد الکترون‌های نوار رسانش بیشتر می‌شود و هم ترازهای خالی نوار ظرفیت افزایش می‌یابد. این مسئله سبب افزایش رسانایی الکتریکی نیمه‌رسانا می‌شود. اما مسئله به همین‌جا ختم نمی‌شود.

image006

شکل ۱- ساختار نواری یک جسم نیمه‌رسانا

 

آزمایش‌های گوناگون نشان میدهد که مقدار جریان الکتریکی در نیمه رسانا بیشتر از آن است که فقط با عبور الکترون‌ها ایجاد شده باشد. این پدیده ایده‌ی وجود ذرات دیگری را به عنوان حامل بار الکتریکی مطرح می‌کند. به عبارت دیگر ما تا کنون فقط الکترونها را به عنوان حاملان بار الکتریکی در نظر میگرفتیم، اما آزمایش‌های دقیق‌تر نشان می‌دهد ذراتی با بار مثبت و هم‌جرم الکترون نیز در رسانایی الکتریکی نیمه‌رساناها نقش دارند.
این اتفاق با استفاده از نظریه‌ی نواری اینچنین توجیه می‌شود؛ در نیمه‌رسانا علاوه بر الکترون‌هایی که در نوار رسانش قرار می‌گیرند و در رسانایی الکتریکی نقش دارند، جای خالی ایجاد شده در نوار ظرفیت نیز (که به دلیل گذار الکترون‌ها به نوار رسانش تشکیل شده)، موجب رسانایی الکتریکی می‌شود.
با گذار الکترون از نوار ظرفیت به نوار رسانش، تعدادی جای خالی الکترون در نوار ظرفیت ایجاد می‌شود. جای خالی الکترون در نوار ظرفیت را حفره می‌گوییم. حالا با ایجاد این جاهای خالی در نوار ظرفیت، الکترون‌های این نوار هم می‌توانند گذار انجام دهند و از تراز انرژی پایین‌تر به تراز انرژی بالاتر بروند. این مسئله موجب رسانایی الکتریکی می‌شود.
گذار الکترون از تراز اولیه‌ی خود به تراز خالی، مشابه آن است که بگوییم حفره از تراز بالاتر به تراز اولیه‌ی الکترون گذار کرده است. بنابراین به جای آن‌که بگوییم الکترون درون نوار ظرفیت گذار کرده است، می‌گوییم حفره تراز خود را تغییر داده است. در واقع زیاد بودن تعداد الکترون‌ها، بررسی گذار آن‌ها را دشوار می‌کند؛ اما چون تعداد حفره‌ها کم‌ است، در نظر گرفتن آنها ساده‌تر است. نکته دیگری که باید به آن اشاره کرد، نحوه تعیین بار حفره‌های نوار ظرفیت است. از آنجاییکه حفره‌‌ها، برخلاف الکترون‌ها، از تراز بالاتر به تراز پایین‌تر گذار می‌کنند؛ قرارداد می‌کنیم که بار آنها را مثبت در نظر بگیریم.
پس در نیمه‌رسانا دو نوع حامل بار الکتریکی داریم؛ یکی الکترون‌های نوار رسانش و دیگری حفره‌های نوار ظرفیت.
آلایش نیمه‌رسانا
نیمه‌رسانایی را که ناخالصی نداشته باشد، نیمه‌رسانای ذاتی می‌گوییم. در نیمه‌رسانای ذاتی تعداد الکترون‌های موجود در نوار رسانش با تعداد حفره‌های موجود در نوار ظرفیت با هم برابرند.
همان‌طور که متوجه شدیم با افزایش دما می‌توان تعداد حاملان بار الکتریکی و در نتیجه رسانایی الکتریکی را در مواد نیمه‌رسانا افزایش داد. علاوه بر افزایش دما، با اضافه کردن مقادیر کمی ناخالصی به ماده‌ی نیمه‌رسانا نیز می‌توان تعداد حاملان بار الکتریکی را به طور قابل ملاحظه‌ای افزایش داد. منظور از ناخالصی، اتم‌های غیرهم‌جنس با اتم‌های نیمه‌رسانا است. به عمل اضافه کردن ناخالصی به نیمه‌رسانا، “آلایش نیمه‌رسانا” می‌گوییم و نیمه‌رسانایی را که به آن اتم‌های ناخالصی اضافه شده است، نیمه‌رسانای غیرذاتی می‌نامند. با افزودن ناخالصی به نیمه‌رسانا، مقاومت ویژه‌ی الکتریکی آن کاهش می‌یابد و در نتیجه رسانایی الکتریکی نیمه‌رسانا به صورت قابل توجهی بیشتر می‌شود.
آلایش نیمه‌رسانا به دو روش مختلف انجام می‌شود. یک روش آن است که اتم ناخالصی یک الکترون ظرفیت بیشتر از اتم‌های نیمه‌رسانای ذاتی داشته باشد و روش دیگر آن است که اتم ناخالصی یک الکترون ظرفیت کمتر از اتم‌های نیمه‌رسانای ذاتی داشته باشد. به عنوان مثال دو نیمه‌رسانای معروف که در بسیاری از قطعات الکترونیکی استفاده می‌شوند، عناصر سیلیسیوم (Si) و ژرمانیوم(Ge) هستند که هر دو چهار الکترون ظرفیت دارند. با اضافه کردن مقادیری ناخالصی از جنس فسفر(P) یا ارسنیک(As) که دارای پنج الکترون ظرفیت هستند به سیلیسیوم یا ژرمانیوم، نیمه‌رسانا را به روش اول آلایش کرده‌ایم. همچنین با افزودن مقادیری ناخالصی از جنس بور (B) یا آلومینیوم (Al) که دارای سه الکترون ظرفیت هستند به سیلیسیوم یا ژرمانیوم، نیمه‌رسانا را به روش دوم آلایش کرده‌ایم.
نیمه‌رسانایی را که به روش اول آلاییده می‌شود، یعنی اتم ناخالصی یک الکترون ظرفیت بیشتر از اتم نیمه‌رسانا داشته باشد، نیمه‌رسانای نوع n می‌گوییم و نیمه‌رسانایی را که به روش دوم آلاییده می‌شود، یعنی اتم ناخالصی یک الکترون ظرفیت کمتر از اتم نیمه‌رسانا داشته باشد، نیمه‌رسانای نوع p می‌گوییم.

با ورود ناخالصی به نیمه‌رسانا، ساختار نواری نیز تغییر می‌کند و یک تراز انرژی به نام “تراز دهنده” در فاصله‌ی بسیار کمی، زیر نوار رسانش تشکیل می‌شود که الکترون پنجمِ اتم ارسنیک در آن قرار می‌گیرد (تصویر ۳). چون فاصله‌ی این تراز از نوار رسانش بسیار کم است، الکترون‌های موجود در آن با جذب مقدار کمی انرژی وارد نوار رسانش می‌شوند و در رسانایی الکتریکی شرکت می‌کنند. اتم‌های ناخالصی را که یک الکترون اضافی به نوار رسانش می‌دهند، “ناخالصی دهنده” می‌نامیم. همان‌طور که متوجه شدیم در این نوع نیمه‌رسانا حاملان بار الکتریکی بیشتر از نوع الکترون‌های نوار رسانش هستند و از آن‌جاییکه الکترون‌ها دارای بار الکتریکی منفی (negative) هستند، این نوع نیمه‌رسانا را نیمه‌رسانای نوع n می‌نامیم.

image007

شکل ۳- ساختار نواری سیلیسیوم آلایش شده با ارسنیک

در این نوع آلایش، برخلاف نوع قبل، تراز انرژی به نام “تراز پذیرنده” در فاصله‌ی کمی بالای نوار ظرفیت نیمه‌رسانا تشکیل می‌شود؛ به‌گونه‌ای که الکترون‌ها با جذب مقدار کمی انرژی و به منظور کامل کردن پیوند اتمی، به این تراز گذار می‌کنند و موجب تشکیل حفره‌های اضافی در نوار ظرفیت نیمه‌رسانا می‌شوند.
این نوع اتم‌های ناخالصی را که یک الکترون اضافی از نوار ظرفیت می‌گیرند، “ناخالصی پذیرنده” می‌نامیم. از آن‌جاییکه حاملان بار الکتریکی در این نوع نیمه‌رسانا بیشتر از نوع حفره‌های نوار ظرفیت و با بار الکتریکی مثبت (positive) هستند، این نوع نیمه‌رسانا را نیمه‌رسانای نوع p می‌نامیم.

image008

شکل ۵- ساختار نواری سیلیسیوم آلایش شده با بور

به منظور درک بیشتر اهمیت آلایش نیمه‌رسانا و تاثیر آن بر میزان رسانایی الکتریکی نیمه‌رسانا یک مثال ذکر می‌کنیم. در هر سانتی‌متر مکعب از نیمه‌رسانای ذاتی سیلیسیوم تقریبا ۱۰۱۰ حامل بار الکتریکی وجود دارد. با افزودن تعداد۱۵ ۱۰ ناخالصی از جنس اتم آنتیموان (Sb) که یک اتم پنج ظرفیتی است، نیمه رسانای نوع n تشکیل می‌‌شود. با این روش مقاومت ویژه‌ی الکتریکی نیمه‌رسانا از ۵۱۰۲ *اهم سانتی‌متر به ۵ اهم سانتی‌متر کاهش می‌یابد. به بیان دیگر با افزودن مقادیری ناخالصی به نیمه‌رسانا، مقاومت ویژه‌ی نیمه‌رسانای غیرذاتی تشکیل شده به اندازه‌ی۴۱۰۴ * برابر کاهش می‌یابد، که مقدار قابل ملاحظه‌ای است.

دیود

دیود از اتصال یک نیمه هادی نوع N و یک نیمه هادی نوع P به وجود می آید و با حرف D نشان داده می شود . دیودها جریان الکتریکی را در یک جهت از خود عبور می‌‌دهند و در جهت دیگر در مقابل عبور جریان از خود مقاومت بالایی نشان می‌‌دهند.

این خاصیت آن ها باعث شده بود تا در سال های اولیه ساخت این وسیله الکترونیکی، به آن دریچه یا Valve هم اطلاق شود. از لحاظ الکتریکی یک دیود هنگامی عبور جریان را از خود ممکن می‌‌سازد که شما با برقرار کردن ولتاژ در جهت درست (قطب مثبت پیل به آند و قطب منفی به کاتد) آن را آماده کار کنید. مقدار ولتاژی که باعث می‌شود تا دیود شروع به هدایت جریان الکتریکی نماید ولتاژ آستانه یا (forward voltage drop)  نامیده می‌شود که چیزی حدود ۰٫۶ تا ۰٫۷ ولت می‌‌باشد.

image009

ابررسانا

ابر رسانا

رسانا ونارسانا

رسانا و نارسانا

image012

دونوع بار الکتریکی

نیم رسانای مخلوط

طبیعی است میان نیم رساناهای نوع n و نوع p ، می‌توان نیم رساناهای نوع مخلوط را یافت که در آنها رسانندگیهای الکترونی و حفره‌ای هر دو نقش بازی می‌کنند، مانند نیم رسانای npn یا نیم رسانای      pnp نیم رساناهای خالص رسانندگی های نوع مخلوط از خود نشان می‌دهند.

اختلاف در رسانندگی انواع نیم رساناها

اختلاف در رسانندگی را در یک نیم رسانای نوعی مثلا ژرمانیم انجام می‌دهیم که از نظر کاربردهای فنی بسیار مهم است. ژرمانیوم عنصری است با عدد اتمی ۳۲ و جرم اتمی ۷۲٫۵ در جدول تناوبی عناصر ، در ستون چهارم قرار دارد و مانند همه عناصر این گروه ، چهار ظرفیتی است، یعنی دارای چهار پیوند (الکترونهای ظرفیت) است که توسط آنها به اتمهای دیگر پیوند می‌خورد. اتمهای ژرمانیوم هر کدام با پیوند دوگانه با اتمهای همسایه از جنس خود در بلور ژرمانیوم پیوند می‌خورند. هر پیوند از اندرکنش الکترون ظرفیت یک اتم معین با الکترون ظرفیت همسایه‌اش به وجود آمده است. اگر بر اثر حرکت گرمایی یا جذب نور ، الکترونی در جایگاهی در بلور جدا شود، یک جای خالی حفره بوجود می‌آید و الکترون جدا شده آزاد می‌شود.

حرکت الکترونها و حفره‌ها بر اثر میدان الکتریکی ، رسانندگی به اصطلاح ذاتی ژرمانیوم را بوجود می‌آورد. تعداد چنین حاملهایی به نسبت کم است: حدود ۲٫۵×۱۰۱۹ الکترون و همین اندازه حفره در یک متر مکعب ژرمانیوم در دمای عادی وجود دارد. در حالی که تعداد اتمهای ژرمانیوم در یک متر مکعب فلز برابر ۴٫۲×۱۰۲۳است.

image013

 

نحوه ساخت نیم رسانای الکترونی

اگر یک ناخالص جزئی از یک عنصر پنج ظرفیتی ، مثلا آرسنیک وارد بلور ژرمانیوم شود، یعنی در شبکه بلوری جای بخش بسیار کوچکی از اتمهای ژرمانیوم را اتمهای آرسنیک بگیرند. هر اتم آرسنیک دارای ۵ الکترون ظرفیتی است که به سایر اتمها می‌پیوندد. هنگامی که اتم آرسنیک جایگزین اتم ژرمانیوم شد، چهار تا از این الکترونها با چهار تا ژرمانیوم پیوند محکم درست می‌کنند. در حالی که الکترون پنجمی قید خیلی ضعیفی دارد و به سبب انرژی حرکت گرمای حتی در دمای عادی به سهولت به الکترون آزاد اضافی بوجود می‌آورد.

از طرف دیگر در این حالت تعداد حفره‌ها زیاد نمی شود زیرا یون آرسنیک با دو پیوند با چهار همسایه خود محکم بسته شده است، و گذر الکترون از اتمهای خنثی مجاور به یون آرسنیک ناممکن است. حتی اگر مقدار آرسنیک وارد شده کم (مثلا ، یک میلیونیم تعداد اتمهای ژرمانیوم) باشد. این ناخالصی در یک متر مکعب بلور ۱۰۲۲ الکترون آزاد به وجود می‌آورد، که هزار برابر تعداد الکترونهای آزاد ژرمانیوم خالص است، در حالی که تعداد حفره بدون تغییر مانده است. در چنین نیم رسانایی اکثر حاملهای الکترون آزادند و حفره در اقلیت هستند. به عبارت دیگر ژرمانیوم با ناخالص آرسنیک (و لو خیلی کم) به نیم رسانای الکترونی (نوعn )تبدیل می‌شود.

نحوه ساخت نیم رسانای حفره‌ای

برای تولید نیم رسانای نوع p در ژرمانیوم ناخالصی عنصر سه ظرفیتی مانند ایندیم وارد می‌کنیم. با توجه به اینکه هر اتم ایندیم دارای سه الکترون ظرفیت است، فقط با سه اتم ژرمانیوم همسایه محکم مقید می‌شود و پیوند چهارم آزاد می‌ماند. در این شرایط یک الکترون از ژرمانیوم همسایه می‌تواند به آسانی اتم اخیر را تر کند و این پیوند را پر کند. در حالی که اتم به صورت یون (حفره) در می‌آید و با اتمهای مجاور فقط با سه پیوند اتصال دارد، اتم ایندیم بار منفی کسب می کند. پس الکترونی از یکی از اتمهای همسایه می‌تواند جدا شود و کمبود پیوند یون را پر کند، در این صورت این اتم به یون مثبت تبدیل می‌شود و مانند آن.

به این ترتیب ، جایگاهی که یون مثبت دارد (حفره) در داخل بلور حرکت می‌کند. در میدان الکتریکی این جابجایی حفره‌ها جهت مسلط دارد یعنی در امتداد میدان صورت می‌گیرد و در اثر حرکت ، جریان الکتریکی به وجود می‌آورد. از این رو وارد کردن ناخالصی ایندیم در ژرمانیوم بدون تغییر دادن تعداد الکترونهای آزاد بر تعداد حفره‌ها می‌افزاید. چنین نیم رسانایی را نیم رسانای حفره‌ای (نوع(p می‌باشد، یعنی در آن حفره‌ها حاملهای اکثریت و الکترون حاملهای اقلیت هستند.

ترموکوپل نیم رسانایی

در ترموکوپلهای نیم رسانایی ، در بعضی از موارد جریان در اتصال گرم از فلز به نیم رساناست، در حالی که در موارد دیگر در جهت مخالف است. دلیل این امر را می‌شود به صورت زیر توضیح داد، در نیم رسانای الکترونی ، سرعت الکترونها در اتصال گرم از اتصال سرد بیشتر است. بنابراین ، الکترونها از اتصال گرم به اتصال سرد نفوذ می‌کنند. (پخش می‌شوند) تا اینکه میدان الکتریکی حاصل از این توزیع مجدد بارها جریان پخش الکترونها را متوقف کند. هنگامی که تعادل برقرار شد، اتصال گرم ، که الکترون از دست داده است، به طور مثبت باردار می‌شود، در حالی که اتصال سرد به طور منفی باردار خواهد شد. به عبارت دیگر ، اختلاف پتانسیل مثبت بین اتصالهای گرم و سرد ظاهر می‌شود. در نیم رسانای حفره‌ای (نوع (p ، برعکس حفره‌ها از اتصال گرم در اتصال سرد پخش می‌شوند. اتصال گرم به طور مثبت باردار می‌شوند، علامت اختلاف پتانسیل بین اتصالهای گرم و سرد منفی خواهد بود.

منابع

http://daneshnameh.roshd.ir

http://net.tebyan.net

http://www.kanoon.ir

درخواست انجام پروژه آنالیز تصویر

همچنین ببینید

piezoelectric_nanogenerator

پیزو الکتریسیته

پیزو الکتریسیته ارسالی از : یحیی کارگران تاریخچه کشف : از اثر ایجاد قطب الکتریکی در …

پاسخ دهید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *

Time limit is exhausted. Please reload the CAPTCHA.