Γιατί οι καθαροί ημιαγωγοί είναι αγωγοί;
* Ενεργειακές ζώνες: Σε καθαρούς ημιαγωγούς, τα ενεργειακά επίπεδα των ηλεκτρονίων οργανώνονται σε ζώνες. Υπάρχει μια γεμάτη ζώνη σθένους (όπου τα ηλεκτρόνια είναι συνήθως δεσμευμένα) και μια κενή ζώνη αγωγιμότητας (όπου τα ηλεκτρόνια μπορούν να μετακινούνται ελεύθερα και να διεξάγουν ηλεκτρική ενέργεια). Υπάρχει ένα κενό στην ενέργεια που ονομάζεται χάσμα ζώνης Μεταξύ αυτών των δύο συγκροτημάτων.
* Το χάσμα της ζώνης: Το χάσμα της μπάντας είναι το κλειδί. Για ένα υλικό για τη διεξαγωγή ηλεκτρικής ενέργειας, τα ηλεκτρόνια πρέπει να διεγερθούν στη ζώνη αγωγιμότητας. Σε καθαρούς ημιαγωγούς, το χάσμα της ζώνης είναι σχετικά μικρό σε σύγκριση με τους μονωτές, αλλά είναι ακόμα αρκετά μεγάλο που τα ηλεκτρόνια χρειάζονται λίγο "ώθηση" για να πηδήξουν.
* Θερμοκρασία και αγωγιμότητα: Σε πολύ χαμηλές θερμοκρασίες, δεν υπάρχει αρκετή θερμική ενέργεια για να διεγείρει τα ηλεκτρόνια στη ζώνη αγωγιμότητας. Επομένως, ο καθαρός ημιαγωγός συμπεριφέρεται ως μονωτής. Καθώς αυξάνεται η θερμοκρασία, η διαθέσιμη θερμική ενέργεια αυξάνεται και περισσότερα ηλεκτρόνια μπορούν να πηδήξουν το χάσμα της ζώνης, οδηγώντας σε σταδιακή αύξηση της αγωγιμότητας.
Γιατί οι ημιαγωγοί είναι χρήσιμοι;
Ενώ δεν είναι τόσο αγώγιμες όσο τα μέταλλα, οι ημιαγωγοί είναι εξαιρετικά χρήσιμοι επειδή η αγωγιμότητά τους μπορεί να ελεγχθεί μέσω:
* Θερμοκρασία: Όπως αναφέρθηκε, η αύξηση της θερμοκρασίας αυξάνει την αγωγιμότητα.
* Doping: Η προσθήκη ακαθαρσιών (ντόπινγκ) στον ημιαγωγό μπορεί να δημιουργήσει επιπλέον ηλεκτρόνια (τύπου Ν) ή τρύπες (τύπου Ρ), αλλάζοντας δραστικά την αγωγιμότητά του.
* φως: Ορισμένοι ημιαγωγοί μπορούν να απορροφήσουν φωτόνια και να διεγείρουν ηλεκτρόνια, καθιστώντας τα πιο αγώγιμα.
Συνοπτικά:
Οι καθαροί ημιαγωγοί δεν είναι αγωγοί σε πολύ χαμηλές θερμοκρασίες. Λειτουργούν ως μονωτήρες λόγω του χάσματος της ζώνης. Η αγωγιμότητά τους μπορεί να χειριστεί από παράγοντες όπως η θερμοκρασία και το ντόπινγκ, καθιστώντας τα απαραίτητα για τα ηλεκτρονικά.
