Samenvatting Elektronica: IIW

H1: DIODE

ISOLATOR, GELEIDER EN HALFGELEIDER


Elk elektron heeft een bepaalde energie afhankelijk
van de schil ( n↑, E↑ )

Dispercieprincipe van Pauli: er kunnen nooit 2 elektronen met dezelfde energie aanwezig zijn in een systeem
—> valentieschillen van meerdere atomen gaan moeten verschuiven t.o.v. elkaar
—> heel veel atomen —> ontstaan VALENTIEBAND


Valentieband = alle energieniveaus van al de atomen die
opgevuld zijn met valentie-elektronen




Door een elektron extra energie te geven (spanning, warmte) kan die overgaan de GELEIDINGSBAND
( = volgende lege elektronenschil)

1. GELEIDERS
• 1 valentie-elektron
• Overlap tussen banden (geleidend)
• Elektronen hebben geen extra energie om over te
gaan van de valentieband naar de geleidingsband
• Al, Cu (metalen)
• Goed transport van ladingen

2. HALFGELEIDERS
• 4 valentie-elektronen
• Kleine bandgap (beetje geleidend)
• Extra energie geven aan elektronen (warmte, spanning)
zodat overgang naar geleidingsband
• Si, Ge
• Controle over het transport van ladingsdragers

3. ISOLATORS
• Grote bandgap (niet geleidend)
• onmogelijk om over te gaan naar geleidingsband
• SiO2, Si3N4
• ladingen scheiden


Fermi-niveau = energie-niveau waaronder alle elektronen zitten bij 0K (elektronen zitten allemaal stil)
• valentieband vol
• geleidingsband leeg

,HALFGELEIDERS


• enkelvoudige elementen: Ge, Si en C (diamant) —> zinkblende kristalstructuur
—> geen licht

• compound halfgeleider: GaAs, AlAs, InP, InSb…
combinaties van groep ||| en groep V (gemiddeld 4 valentie-elektronen)
—> licht


METALLISCHE binding COVALENTE binding
• Geleiders • Halfgeleiders
• Ladingsdragers = elektronen • valentie-elektronen gemeenschappelijk —>
vorming rooster




GELEIDING IN EEN KRISTALROOSTER
• wanneer een e- overgaat naar de geleidingsband ontstaat er een gat (= pos.)
• elektron (= neg.)
 2 ladingsdragers
 Elektronen en gaten bewegen in tegengestelde richting

recombinatie = het terugvallen van een e-

bewegen van ladingen = geleiden
—> geleiding beperkt —> meeste e- blijven liever op valentieband (= minder energie)




• Geleiding van het materiaal beïnvloeden —> doteren van halfgeleiders

,DOTEREN VAN HALFGELEIDERS

Doteren = inbrengen van onzuiverheden om bv. het Silicium-kristal geleidend te maken
• Ofwel extra elektronen toevoegen
• Ofwel extra gaten toevoegen




• bindingen met groep V • bindingen met groep |||
• 1 valentie-elektron te veel dat vrij • 1 valentie-elektron te weinig dat
gaat bewegen door rooster bezet kan worden

 Extra vrije elektronen (neg.)  Extra vrije gaten (pos.)



1. INTRINSIEK SILICIUM
= zuiver Silicium

4 valentie-elektronen gebonden aan 4 nabijgelegen atomen door een covalente binding
—> bij genoeg kinetische energie kan binding breken —> vrije elektronen —> bij kamertemperatuur
ongeveer 1 vrij elektron per 5.1010 Si-atomen

(vrije elektronen = intrinsieke ladingsdragers)

2. N-TYPE SILICIUM
= onzuiverheid uit groep V dat 5 valentie-elektronen bezit —> vrij elektron
= elektrisch neutraal ondanks extra ladingsdragers
= meer elektronen dan gaten

Onzuiverheden met 5 valentie-elektronen = donoratomen


3. P-TYPE SILICIUM
= onzuiverheid uit groep ||| dat 3 valentie-elektronen bezit —> gat
= elektrisch neutraal
= meer gaten dan elektronen

Onzuiverheden met 3 valentie-elektronen = acceptor-atomen

, INVLOED OP GELEIDENDE EIGENSCHAPPEN




• Extra elektron beweegt door rooster • Energieniveau gat ≅ energieniveau valentie-elektronen
• Tekening: • Tekening:
- elektronen onder geleidingsband - gaten net boven valentieband
- Fermi-level tussen band en elektronen - Fermi-level tussen band en gaten