نیمه هادی چیست ؟

در نیمه هادی های خالص که به آن‌ها نیمه هادی ذاتی نیز گفته می شود چگالی الکترون‌ها و حفره‌ها برابر هستند. الکترون های لایه ظرفیتی آن ها می توانند  با اعمال انرژی کمی آزاد شوند و هدایت جریان را به عهده بگیرند. طبق تئوری حفره‌ها، هر الکترون به محض آزاد شدن و ایجاد حفره توسط حفره دیگری جذب می شود. نارسانا ها الکترون آزاد ندارند و در شرایط عادی جریان الکتریکی را از خود عبور نمیدهند. به همین دلیل در هر بلور نیمه هادی، الکترون ها مدام در حال جابه جایی هستند. ) همچنین نیمه هادی‌ها درلایه ظرفیت خود دارای 4 الکترون هستند. در بسیاری از قطعات الکترونیکی مانند دیودهای ساطع کننده نور (led)، سیلیسیوم به دلیل داشتن انرژی کم، نیمه هادی مناسبی برای عملکرد صحیح آن‌ها نیست.

در ابتدا از نیمه هادی ژرمانیوم درساخت ادوات الکترونیکی استفاده می شد اما امروزه در صنایع به دلایل زیر معمولا از سیلیسیوم استفاده می کنند:. این باند جایگاه الکترون های آزاد است که به راحتی با تحریک میدان الکتریکی به حرکت در می آیند و برقراری جریان الکتریکی را بر عهده می گیرند. (الکترون آزاد در واقع همان الکترون لایه ظرفت بوده که پس از دریافت انرژی لازم، از قید هسته رها شده و می تواند آزاده حرکت کند. کلمه‌ایی که تحت عنوان  انرژی نیمه هادی بیان می شود، مقدار انرژی است که الکترون از باند ظرفیت به باند هدایت می رود. به عبارت دیگر میزان انرژی است که لازم دارد تا الکترون آزاد تولید کند تا عمل رسانش الکتریکی را انجام دهد.

برای آزاد شدن الکترون ها از لایه ظرفیت و برقراری جریان، باید به الکترون های ظرفیت انرژی داده شود. انرژی نیمه هادی با افزایش دما کاهش می یابد و یا به عبارتی خاصیت آن به سمت مواد رسانا میل می‌کند. همان طور که در جدول زیر مشاهده می کنید؛ انرژی گالیوم آرسناید بیشتر از سیلیسیوم می باشد. این باند درواقع نشان دهنده مقدار انرژی لازم برای آزادکردن الکترون های ظرفیتی می باشد. در این باند الکترون ها با اعمال تحریک انرژی خارجی از قید هسته آزاد می شوند. نیمه هادی ها تنها از یک عنصر و یا ترکیبی از چند عنصر مختلف هستند. سطوح انرژی برای الکترون های عناصر به سه سطح دسته بندی می شود:.

منبع