halfgeleiding
Ann stelde deze vraag op 31 mei 2006 om 19:00.
Wat is extrinsieke halfgeleiding en wat is intrisieke halfgeleiding precies?
Reacties
Jaap
op
31 mei 2006 om 19:30
Dag Ann,
Een dergelijke vraag is gesteld op 18 mei 2006. De vraag is op 20 mei beantwoord door Roel.
http://www.natuurkunde.nl/vraagbaak/10808
Groeten, Jaap Koole
wendy
op
01 juni 2006 om 10:37
INLEIDING
Geleiders zijn stoffen die de elektriciteit doorlaten. Deze naam wordt ook gebruikt voor stoffen die bv het geluid doorlaten. Alle metalen zijn geleiders. Een geleider kan een weerstand ondervinden. Als die weerstand 0 s, noemt dat die geleider een supergeleider.
Dit jaar hebben we geleerd over de bouw van een atoom. Wij hebben gepraat over de verschillende schillen van een atoom. De buitenste schild is de geleidingsschild. Bij geleidende stoffen vind je vrije elektronen terug waar een geleiding kan plaatsvinden.
Bij isolatoren of niet-geleiders is dat anders. In de buitenste schil vind je geen vrije elektronen. We hebben tijdens de les ook gepraat over de verboden zones waarover een elektron met de nodige energie kan springen. Bij isolatoren is de sprong naar de buitenste schil te groot zodat er geen elektronen er naar toe kunnen zodat er geen vrije elektronen zijn.
HALFGELEIDING
Halverwege de 20e eeuw ontdekte men dat een niet-geleider als silicium (Si), enigszins geleidend gemaakt kon worden. Zulke stof is een halfgeleider.
Men ging die sprong over de verboden zone kleiner maken door de isolator te doteren.
Doteren of dopering is het inbrengen van onzuiverheden in een materiaal om de materiaaleigenschappen te veranderen. Zo is het mogelijk om van een isolator een halfgeleider te maken. We gaan bespreken welke soorten onzuiverheden er zijn.
ONZUIVERHEDEN
- driewaardige onzuiverheden (boor, indium, aluminium)
Silicium is een 4-waardg element, wat inhoudt dat de buitenste elektronenschil 4 elektronen bevat. Zo’n atoom zou graag 8 elektronen om zich heen hebben. Als silicium erin slaagt om acht elektronen op de buitenste schil te krijgen, is het een isolator, want er zijn geen vrije elektronen meer op de buitenste schil.
Om een halfgeleider te verkrijgen, gaan we silicium doteren.
We kunnen en driewaardige onzuiverheid toevoegen. Neem als voorbeeld boor. Boor wil graag vijf elektronen van silicium hebben, terwijl silicium maar vier elektronen kan uitlenen. Daarom gaat silicium op zoek, waardoor er steeds ergens een soort tekort is. Zo’n tekort noemen we en gat. Het zijn dus vrije gaten, die een zekere geleiding verzorgen. De elektronen springen dus van gat naar gat. Dit is de eerste vorm van halfgeleiding. In dit geval is er sprake van p-type silicium.
We kunnen ook verontreinigen met een vijfwaardig fosforatoom. Fosfor heeft dus maar drie atomen nodig om acht elektronen op de buitenste schil te hebben. Silicium kan echter vier elektronen uitlenen, zodat er dus een elektron van silicium niet mee hoeft te doen en vrij heeft. Het heet ook een vrije elektron en het is die elektron die voor enige geleiding zorgt. Silicium wat op deze manier verontreinigd is, noemen we n-type silicium.
EXTRINSIEKE EN INTRINSIEKE HALFGELEIDING
We hebben al gezegd dat als silicium een p-type materiaal is als het met een driewaardig verontwaardigd is en een n-type is als het met een vijfwaardig element is verontreinigd.
Maar wat gebeurt er als we P-materiaal in contact brengen met N-materiaal? Dan zullen elektronen uit het N-materiaal samengaan met gaten uit het P-materiaal. Ze zullen recombineren. Tijdens dat recombineren gaan elektronen uit het N-materiaal naar het P-materiaal. Zo zal in het P-materiaal een dun laagje ontstaan wat negatief geladen is. Op dezelfde manier ontstaat in het N-materiaal een laagje wat positief geladen is. Er ontstaat dan een elektrisch veld, zodat na verloop van tijd de recombinatie stopt. De twee laagjes vormen samen de P-N-overgang of met andere woorden de P-N junctie.
Vroeger kende men voor elektriciteit geleiders en niet-geleiders (zoals zand en de meeste organische stoffen).
Geleiders zijn stoffen die de elektriciteit doorlaten. Deze naam wordt ook gebruikt voor stoffen die bv het geluid doorlaten. Alle metalen zijn geleiders. Een geleider kan een weerstand ondervinden. Als die weerstand 0 s, noemt dat die geleider een supergeleider.
Dit jaar hebben we geleerd over de bouw van een atoom. Wij hebben gepraat over de verschillende schillen van een atoom. De buitenste schild is de geleidingsschild. Bij geleidende stoffen vind je vrije elektronen terug waar een geleiding kan plaatsvinden.
Bij isolatoren of niet-geleiders is dat anders. In de buitenste schil vind je geen vrije elektronen. We hebben tijdens de les ook gepraat over de verboden zones waarover een elektron met de nodige energie kan springen. Bij isolatoren is de sprong naar de buitenste schil te groot zodat er geen elektronen er naar toe kunnen zodat er geen vrije elektronen zijn.
HALFGELEIDING
Halverwege de 20e eeuw ontdekte men dat een niet-geleider als silicium (Si), enigszins geleidend gemaakt kon worden. Zulke stof is een halfgeleider.
Men ging die sprong over de verboden zone kleiner maken door de isolator te doteren.
Doteren of dopering is het inbrengen van onzuiverheden in een materiaal om de materiaaleigenschappen te veranderen. Zo is het mogelijk om van een isolator een halfgeleider te maken. We gaan bespreken welke soorten onzuiverheden er zijn.
ONZUIVERHEDEN
Je hebt twee soorten onzuiverheden:
- vijfwaardige onzuiverheden (fosfor, arseen, antimoon)
- driewaardige onzuiverheden (boor, indium, aluminium)
We nemen een voorbeeld: silicium.
Silicium is een 4-waardg element, wat inhoudt dat de buitenste elektronenschil 4 elektronen bevat. Zo’n atoom zou graag 8 elektronen om zich heen hebben. Als silicium erin slaagt om acht elektronen op de buitenste schil te krijgen, is het een isolator, want er zijn geen vrije elektronen meer op de buitenste schil.
Om een halfgeleider te verkrijgen, gaan we silicium doteren.
We kunnen en driewaardige onzuiverheid toevoegen. Neem als voorbeeld boor. Boor wil graag vijf elektronen van silicium hebben, terwijl silicium maar vier elektronen kan uitlenen. Daarom gaat silicium op zoek, waardoor er steeds ergens een soort tekort is. Zo’n tekort noemen we en gat. Het zijn dus vrije gaten, die een zekere geleiding verzorgen. De elektronen springen dus van gat naar gat. Dit is de eerste vorm van halfgeleiding. In dit geval is er sprake van p-type silicium.
We kunnen ook verontreinigen met een vijfwaardig fosforatoom. Fosfor heeft dus maar drie atomen nodig om acht elektronen op de buitenste schil te hebben. Silicium kan echter vier elektronen uitlenen, zodat er dus een elektron van silicium niet mee hoeft te doen en vrij heeft. Het heet ook een vrije elektron en het is die elektron die voor enige geleiding zorgt. Silicium wat op deze manier verontreinigd is, noemen we n-type silicium.
EXTRINSIEKE EN INTRINSIEKE HALFGELEIDING
DE P-N JUNCTIE
We hebben al gezegd dat als silicium een p-type materiaal is als het met een driewaardig verontwaardigd is en een n-type is als het met een vijfwaardig element is verontreinigd.
Maar wat gebeurt er als we P-materiaal in contact brengen met N-materiaal? Dan zullen elektronen uit het N-materiaal samengaan met gaten uit het P-materiaal. Ze zullen recombineren. Tijdens dat recombineren gaan elektronen uit het N-materiaal naar het P-materiaal. Zo zal in het P-materiaal een dun laagje ontstaan wat negatief geladen is. Op dezelfde manier ontstaat in het N-materiaal een laagje wat positief geladen is. Er ontstaat dan een elektrisch veld, zodat na verloop van tijd de recombinatie stopt. De twee laagjes vormen samen de P-N-overgang of met andere woorden de P-N junctie.
