Γιατί η ηλεκτρική αγωγιμότητα του καθαρού πυριτίου είναι πολύ χαμηλή;

Η ηλεκτρική αγωγιμότητα του καθαρού πυριτίου είναι πολύ χαμηλή επειδή δεν διαθέτει ελεύθερα ηλεκτρόνια ή τρύπες, τα οποία είναι απαραίτητα για την ηλεκτρική αγωγιμότητα. Σε ένα ημιαγωγό όπως το πυρίτιο, τα εξώτατα ηλεκτρόνια (ηλεκτρόνια σθένους) συνδέονται έντονα με τα αντίστοιχα άτομα τους, σχηματίζοντας ομοιοπολικούς δεσμούς. Αυτά τα ηλεκτρόνια δεν είναι ελεύθερα να μετακινούνται και να φέρουν ηλεκτρικό ρεύμα.

Σε θερμοκρασία δωματίου, η θερμική ενέργεια δεν επαρκεί για να σπάσει τους ομοιοπολικούς δεσμούς και να παράγει σημαντικό αριθμό μεταφορέων ελεύθερης χρέωσης. Ως αποτέλεσμα, το καθαρό πυρίτιο συμπεριφέρεται ως μονωτήρας, παρουσιάζοντας πολύ χαμηλή ηλεκτρική αγωγιμότητα.

Για να αυξηθεί η ηλεκτρική αγωγιμότητα του πυριτίου, οι ακαθαρσίες ή τα ντόπια εισάγονται στην κρυσταλλική δομή του μέσω μιας διαδικασίας που ονομάζεται "ντόπινγκ". Με την προσθήκη συγκεκριμένων ατόμων ντοπαίσματος, όπως ο φωσφόρος ή το βόριο, το υλικό ημιαγωγού μπορεί να μετατραπεί είτε σε ημιαγωγό τύπου Ν ή Ρ, αντίστοιχα.

Σε πυρίτιο τύπου Ν, τα άτομα του ντόπιου δίνουν πρόσθετα ηλεκτρόνια στο ημιαγωγό, δημιουργώντας ένα πλεόνασμα ελεύθερων ηλεκτρονίων που μπορούν να μετακινήσουν και να διεξάγουν ηλεκτρική ενέργεια. Από την άλλη πλευρά, σε πυρίτιο τύπου Ρ, τα άτομα του ντόπιου δημιουργούν τρύπες, τα οποία είναι θετικά φορτισμένες κενές θέσεις όπου λείπουν ηλεκτρόνια. Αυτές οι τρύπες μπορούν επίσης να μετακινήσουν και να μεταφέρουν ηλεκτρικό φορτίο, συμβάλλοντας στην αγωγιμότητα του υλικού.

Με τον προσεκτικό έλεγχο του τύπου και της συγκέντρωσης των ατόμων του ντόπιου, οι ηλεκτρικές ιδιότητες του πυριτίου μπορούν να προσαρμοστούν για να επιτευχθεί το επιθυμητό επίπεδο ηλεκτρικής αγωγιμότητας, καθιστώντας το ένα ευπροσάρμοστο υλικό ημιαγωγού για διάφορες ηλεκτρονικές εφαρμογές.