Γιατί τα ημικυρομερή υλικά διεξάγουν καλά καλά και έχουν μικρή αξία στην εγγενή τους κατάσταση;
Εγγενείς ημιαγωγοί:
* Δομή ζώνης: Οι ημιαγωγοί έχουν ένα κενό ζώνης, το οποίο είναι μια σειρά ενεργειακών επιπέδων που τα ηλεκτρόνια δεν μπορούν να καταλάβουν. Στην εγγενή (καθαρή) κατάσταση τους, το χάσμα της ζώνης είναι σχετικά μικρό, επιτρέποντας σε ορισμένα ηλεκτρόνια να πηδούν από τη ζώνη σθένους (όπου συνήθως συνδέονται) στη ζώνη αγωγιμότητας (όπου μπορούν να κινηθούν ελεύθερα). Αυτός είναι ο πρωταρχικός λόγος που διεξάγουν ηλεκτρική ενέργεια, αν και ασθενώς.
* Περιορισμένοι φορείς φόρτισης: Σε θερμοκρασία δωματίου, μόνο μερικά ηλεκτρόνια έχουν αρκετή ενέργεια για να πηδήξουν το χάσμα της ζώνης. Αυτό σημαίνει ότι υπάρχουν πολύ λίγα ελεύθερα ηλεκτρόνια και τρύπες (που λείπουν ηλεκτρόνια στη ζώνη σθένους) διαθέσιμα για τη μεταφορά ρεύματος. Κατά συνέπεια, οι εγγενείς ημιαγωγοί είναι κακοί αγωγοί.
Γιατί οι εγγενείς ημιαγωγοί είναι "ελάχιστης αξίας":
* Περιορισμένη αγωγιμότητα: Η χαμηλή αγωγιμότητά τους σημαίνει ότι δεν είναι χρήσιμες για τις περισσότερες πρακτικές εφαρμογές. Είναι υπερβολικά αντίστοιχα για να χρησιμοποιηθούν ως αποτελεσματικά καλώδια ή εξαρτήματα σε ηλεκτρονικά κυκλώματα.
* Ευαισθησία θερμοκρασίας: Η αγωγιμότητά τους είναι ιδιαίτερα ευαίσθητη στις αλλαγές της θερμοκρασίας. Καθώς αυξάνεται η θερμοκρασία, περισσότερα ηλεκτρόνια κερδίζουν αρκετή ενέργεια για να διασχίσουν το χάσμα της ζώνης, αυξάνοντας την αγωγιμότητα. Ωστόσο, αυτή η ευαισθησία τα καθιστά αναξιόπιστα για πολλές χρήσεις.
Η δύναμη του ντόπινγκ:
* Doping: Για να ξεπεραστούν αυτοί οι περιορισμοί, οι ημιαγωγοί είναι σκόπιμα "doped" με ακαθαρσίες (π.χ. φωσφόρος ή βοόριο) για να αυξήσουν την αγωγιμότητά τους. Το ντόπινγκ δημιουργεί είτε μια περίσσεια ελεύθερων ηλεκτρονίων (τύπου Ν) είτε μια περίσσεια οπών (τύπου Ρ), αυξάνοντας δραματικά τον αριθμό των φορέων φορτίου.
* Η τιμή των doped ημιαγωγών: Οι ημιαγωγοί με ντόπιους αποτελούν τη βάση της σύγχρονης ηλεκτρονικής. Χρησιμοποιούνται σε τρανζίστορ, διόδους, ολοκληρωμένα κυκλώματα, ηλιακά κύτταρα και πολλές άλλες συσκευές. Προσφέρουν ελεγχόμενη αγωγιμότητα, καθιστώντας τα κατάλληλα για χειρισμό και έλεγχο ηλεκτρικών σημάτων.
Συνοπτικά:
Οι εγγενείς ημιαγωγοί έχουν περιορισμένο αριθμό φορέων χρέωσης και είναι κακοί αγωγοί. Αυτό τους καθιστά ελάχιστη πρακτική αξία. Το ντόπινγκ ενισχύει δραματικά την αγωγιμότητά τους, καθιστώντας τα εξαιρετικά πολύτιμα υλικά για τα σύγχρονα ηλεκτρονικά.
