Zer da Berezko Erdieroalea eta Kanpo Erdieroalea - Energia Banda eta Dopina?

Erdieroalea, izenak dioen bezala, eroaleen eta isolatzaileen propietateak erakusten dituen material mota da. Material erdieroale batek tentsio- edo bero-maila jakin bat behar du eroalerako bere eramaileak askatzeko. Erdieroale hauek 'berezkoak' eta 'extrintsekoak' gisa sailkatzen dira eramaile kopuruaren arabera. Eramaile intrintsekoa erdieroaleen formarik garbiena da eta elektroi kopuru berdina (karga negatibo-eramaile) eta zulo (karga positibo-eramaile). Gehien erabiltzen diren material erdieroaleak Silizioa (Si), Germanioa (Ge) eta Galio Arsenuroa (GaAs) dira. Azter ditzagun erdieroale mota hauen ezaugarriak eta portaera.Zer da Erdieroale Berezko bat?Erdieroale intrintsekoa material kimikoki puru gisa defini daiteke, horri doparik edo ezpurutasunik gehitu gabe. Eskuragarri dauden erdieroale intrintsekoak edo puruak ezagunenak Silizioa (Si) eta Germanioa (Ge) dira. Semikonduktoreak tentsio jakin bat aplikatzean duen portaera bere egitura atomikoaren menpe dago. Silizioaren eta germanioaren kanpoaldeko estalkiak lau elektroi ditu bakoitzak. Gertuko atomoek elkar egonkortzeko lotura kobalenteak osatzen dituzte balentzia-elektroien partekatzean oinarrituta. Silizioaren kristal-sarearen egiturako lotura hori 1. irudian azaltzen da. Hemen ikus daiteke Si atomo biren balentzia-elektroiak elkarren artean parekatzen direla Lotura Kobalente bat sortzeko. 1. Irudia. Silizio atomoaren lotura kobalenteaLotura kobalente guztiak egonkorrak dira eta eroalerako ez dago eramailerik. Hemen berezko erdieroaleak isolatzaile edo ez-eroale gisa jokatzen du. Orain giro-tenperatura hurbiltzen bada lotura kobalenteen giro-tenperaturara hurbiltzen badira, hasten dira hausten. Horrela, balentzia-maskorreko elektroiak askatzen dira eroanean parte hartzeko. Eramaile-kopuru gehiago eroalerako askatzen diren heinean erdieroalea material eroale gisa jokatzen hasten da. Jarraian ematen den energia-banden diagramak eramaileen trantsizio hori azaltzen du balentzia-bandatik eroapen-bandara.Energia-banden diagrama 2(a) irudian ageri den Energia-banden diagramak bi maila irudikatzen ditu, Eroapen-banda eta Balentzia-banda. Bi banden arteko espazioari hutsune debekatua deitzen zaio 2. irudia (a). Energia-banden diagrama Irudia 2. irudia (b). Erdieroale batean eroale eta balentzia bandako elektroiak Material erdieroale bat beroa edo aplikatutako tentsioa jasaten denean lotura kobalente gutxi batzuk hausten dira, eta horrek elektroi askeak sortzen ditu 2 (b) irudian erakusten den moduan. Elektroi aske hauek kitzikatu egiten dira eta energia irabazten dute debekatutako hutsunea gainditzeko eta balentzia bandatik eroapen-bandan sartzeko. Elektroiak balentzia-bandatik irtetean, balentzia-bandan zulo bat uzten du atzean. Erdieroale intrintseko batean beti elektroi eta zulo kopuru berdina sortuko da eta horregatik neutraltasun elektrikoa erakusten du. Elektroiak zein zuloak berezko erdieroaleen korrontearen eroapenaz arduratzen dira.Zer da Kanporako Erdieroalea? Erdieroale extrintsekoa ezpurutasun erantsia edo dopatutako erdieroalea duen material gisa definitzen da. Dopina eramaile kopurua handitzeko ezpurutasunak nahita gehitzeko prozesua da. Erabilitako ezpurutasun-elementuak dopante gisa deitzen dira. Eroale estrintsekoetan elektroien eta zuloen kopurua handiagoa denez, berezko erdieroaleek baino eroankortasun handiagoa erakusten du. Erabilitako dopanteen arabera, erdieroale estrintsikoak "N motako erdieroale" eta "P motako erdieroale" gisa sailkatzen dira. N motako erdieroaleak: N motako erdieroaleak ezpurutasun pentabalenteekin dopatzen dira. Elementu pentavalenteak horrela deitzen dira, balentziaren oskolean 5 elektroi baitituzte. Ezpurutasun pentabalentearen adibideak Fosforoa (P), Artsenikoa (As), Antimonioa (Sb) dira. 3. irudian azaltzen den bezala, atomo dopatzaileak lotura kobalenteak ezartzen ditu bere balentzia-elektroietatik lau silizio-atomo ondokoekin partekatuz. Bosgarren elektroia dopatzaile atomoaren nukleoari loturik geratzen da. Ionizazio-energia oso gutxiago behar da bosgarren elektroia askatzeko, balentzia-banda utzi eta eroale-bandan sar dadin. Ezpurutasun pentavalenteak elektroi gehigarri bat ematen dio sarearen egiturari eta, beraz, emaileen ezpurutasuna deitzen zaio.3. Irudia. Ezpurutasun emailearekin N motako erdieroaleaP motako Erdieroaleak:P motako erdieroaleak erdieroale tribalentearekin dopatzen dira. Ezpurutasun tribalenteek 3 elektroi dituzte beren balentzia-eskualdean. Ezpurutasun tribalenteen adibideak: Boroa (B), Galioa (G), Indioa (In), Aluminioa (Al). 4. irudian azaltzen den bezala, atomo dopatzaileak lotura kobalenteak ezartzen ditu ondoko hiru silizio atomoekin eta zulo edo hutsune bat sortzen da laugarren silizio atomoarekin loturan. Zuloak eramaile positibo edo espazio gisa jokatzen du elektroiak okupatzeko. Beraz, ezpurutasun tribalenteak hutsune edo zulo positibo bat eman du, zeinak erraz onar ditzakeen elektroiak eta, horregatik, ezpurutasun onartzailea deitzen zaio.  4. irudia P motako erdieroalea onartutako ezpurutasunarekin Garraiolariaren kontzentrazioa berezko erdieroalean Berezko garraiolariaren kontzentrazioa eroapen bandako bolumen unitateko elektroi kopurua edo balentzia bandako bolumen unitateko zulo kopurua bezala definitzen da. Aplikaturiko tentsioaren ondorioz, elektroiak balentzia-bandatik irten eta bere ordez zulo positibo bat sortzen du. Elektroi hau eroapen-bandan gehiago sartzen da eta korrontearen eroanean parte hartzen du. Erdieroale intrintseko batean, eroale-bandan sortutako elektroiak balentzia-bandan dauden zulo kopuruaren berdinak dira. Beraz, elektroi-kontzentrazioa (n) berezko erdieroale batean zulo-kontzentrazioa (p) berdina da.Bere-eramaile-kontzentrazioa honela eman daiteke:n_i=n=p Non,n_i : berezko eramaile-kontzentrazioa n : elektroi-eramaile-kontzentrazioa p : zuloa -eramaile-kontzentrazioa Erdieroale intrintsekoaren eroankortasuna Beroa edo aplikatutako tentsioa jasaten duen heinean elektroiak balentzia-bandatik eroale-bandara bidaiatzen dira eta zulo positibo bat edo hutsune bat uzten dute balentzia-bandan. Berriz ere zulo hauek beste elektroi batzuek betetzen dituzte, lotura kobalente gehiago hautsi ahala. Horrela elektroiak eta zuloak kontrako noranzkoan bidaiatzen dute eta berezko erdieroalea eroale hasten da. Eroankortasuna handitzen da lotura kobalente batzuk hausten direnean, eta, ondorioz, elektroi gehiago zuloak askatzen dira eroapenerako. Erdieroale intrintseko baten eroankortasuna karga-eramaileen mugikortasun eta kontzentrazio terminoetan adierazten da.Erdieroale intrintseko baten eroankortasunaren adierazpena honela adierazten da:σ_i=n_i e(μ_e+μ_h) Non σ_i: berezko eroale baten eroankortasuna. erdieroalea n_i: berezko eramailearen kontzentrazioa μ_e: elektroien mugikortasuna μ_h: zuloen mugikortasuna Mesedez, jo esteka honetara Erdieroaleen Teoriaren MCQei buruz gehiago jakiteko

Utzi mezu bat 

Mezu zerrenda