Je křemík vodič? Čistá vs dopovaná vodivost křemíku

Důležitou otázkou tedy není pouze zdakřemíkmůže vést proud. To jeproč tentýž krystal křemíku může ve svém čistém stavu vést špatně a po řízeném dopingu se stát mnohem elektricky užitečnější.

Elektrické materiály jsou často seskupeny podle toho, jak snadno se jimi mohou pohybovat nosiče náboje. Křemík sedí mezi typickým vodičem a typickým izolantem.

Takže popis křemíku jednoduše jako vodiče nebo izolantu postrádá vlastnost, na které záleží nejvíce. Křemík je polovodič, jehož elektrické chování lze měnit v širokém praktickém rozsahu.

Čistý krystalický křemík má čtyři valenční elektrony. Uvnitř krystalu sdílí každý atom křemíku tyto elektrony se sousedními atomy prostřednictvím kovalentních vazeb.

Protože se na vazbě podílí mnoho valenčních elektronů, relativně málo z nich se může volně pohybovat krystalem a přenášet proud při pokojové teplotě.

To se zásadně liší od typického kovu, kde je již pro vedení k dispozici mnohem větší populace mobilních elektronů.

Čistý křemík je tedy ve srovnání s běžnými kovovými vodiči elektricky slabý, ale není zcela nevodivý. Tepelná energie může vytvářet mobilní elektrony a díry, což umožňuje tok měřitelného proudu.

Intrinsic Silicon má málo bezplatných nosičů náboje

Křemík bez úmyslného dopingu se nazývávnitřní křemík.

Jeho elektrické chování závisí především na nosičích generovaných v samotném materiálu. Při pokojové teplotě je jejich koncentrace relativně nízká, což dává vnitřnímu křemíku mnohem vyšší měrný odpor než dobrý kovový vodič.

Tato nízká vlastní vodivost vytváří výchozí bod, ze kterého polovodičoví inženýři záměrně modifikují materiál.

Běžné průmyslové třídy křemíku

 

Silicon Metal 441

Silikonový kov 553

Silicon Metal 3303

Doping je mechanismus, který mění nízkou vlastní vodivost křemíku na ovladatelnou elektrickou vlastnost.

Doping neproměňuje křemík na kov.Místo toho jsou do krystalu křemíku zavedeny pečlivě vybrané atomy, aby se změnil počet a typ dostupných nosičů náboje.

N-Typ Silicon přidává nosiče elektronového náboje

Křemík typu N- se vyrábí pomocí donorových příměsí, jako je fosfor nebo arsen.

Tyto atomy poskytují další elektrony, které se mohou podílet na elektrickém vedení snadněji než elektrony vázané v normální křemíkové vazebné struktuře.

v důsledku tohoelektrony jsou většinou nosiče náboje v křemíku typu N{0}}.

P-Typ Silicon vytváří nosiče náboje s otvory

Křemík P-typu používá akceptorové příměsi, jako je bor nebo galium.

Tyto příměsi vytvářejí elektronové nedostatky v krystalové mřížce. Tato volná místa jsou popsána jakodírya chovají se jako kladné nosiče náboje.

V křemíku typu P- se většinovými nosiči stávají díry.

Schopnost vytvářet oblasti typu N-a P{1}}je důležitější než pouhé zvýšení vodivosti křemíku. Umožňuje, aby elektrické chování bylo navrženo odlišně v různých částech stejné polovodičové struktury.

Neexistuje jediná hodnota elektrické vodivosti, která by představovala každý křemíkový materiál.

Vodivost a měrný odpor závisí na stavu měřeného materiálu.

Teplota mění vodivost křemíku

S rostoucí teplotou vnitřního křemíku může být k dispozici více nosičů náboje.

Jeho vodivost se proto obecně zvyšuje s teplotou. To je důležitý rozdíl od typických kovových vodičů, kde odpor normálně stoupá, když se materiál zahřívá.

Čistota a koncentrace dopantu mění křemíkový odpor

Vyšší chemická čistota automaticky neznamená vyšší elektrickou vodivost.

Velmi čistý vnitřní křemík může mít relativně vysoký měrný odpor právě proto, že obsahuje málo nosičů náboje.

Jakmile jsou přidány řízené dopanty, může se podstatně zvýšit koncentrace nosiče a vodivost. Smysluplná elektrická specifikace proto musí rozlišovatčistotazkoncentrace dopantu.

Vady krystalů mohou ovlivnit elektrické chování křemíku

Krystalové defekty, hranice zrn a kontaminace mohou ovlivnit, jak se nosiče náboje pohybují křemíkem.

Proto není polovodičový materiál specifikován pouze elementární čistotou. Rozhodující může být také kvalita krystalů, kontrola příměsí a měrný odpor.

Křemík se stal základem elektroniky, protože jeho vodivost lze zkonstruovat, nikoli proto, že přirozeně extrémně dobře vede elektřinu.

Vytvořením oblastí s kontrolovanými koncentracemi nosičů může křemík podporovat elektrické struktury používané v:

• Tranzistory
• Integrované obvody
• Počítačové čipy
• Solární články
• Polovodičová zařízení

Užitná vlastnost je tedyřízená vodivost: Inženýři mohou záměrně vytvářet oblasti, které reagují odlišně na elektrické podmínky ve stejném zařízení na bázi křemíku-.

Průmyslový křemík Kov a polovodičový-křemík jsou založeny na prvku Si, ale nejde o vzájemně zaměnitelné elektrické materiály.

Například průmyslové jakosti, jako je Silicon Metal 553 a 441, se normálně liší metalurgickým chemickým složením, zejména limity Fe, Al a Ca.

Tento rozdíl můžete vidět u nás srovnání průmyslového křemíku .

Tato čísla vám neřeknou koncentraci dopantu nebo měrný odpor potřebný pro použití polovodičů.

Při naší práci v oblasti dodávek křemíku rozlišujeme metalurgické chemické složení od požadavků na elektro-vlastnictví. Pokud váš následný proces závisí na vodivosti, čistotě, úrovni dopantu nebo měrném odporu, měly by být tyto parametry potvrzeny odděleně, spíše než odvozeny ze standardní třídy Silicon Metal.

Čistý křemík jenení dobrý elektrický vodičve srovnání s měděnými, hliníkovými nebo jinými běžnými kovovými vodiči.

Jeho význam pochází z jiné vlastnosti: vodivost lze záměrně měnit řízením nosičů náboje.

Vlastní křemík začíná u relativně malého počtu mobilních operátorů. Doping typu N- zvyšuje dostupné elektrony, zatímco doping typu P- vytváří díry. Teplota, koncentrace dopantu, čistota a kvalita krystalů pak dále ovlivňují výslednou vodivost a měrný odpor.

To je důvod, proč otázka "Vede křemík elektřinu?" má jednoduchou odpověď, ale důležitou kvalifikaci: