نیمرسانای نوع n

در این قسمت می خواهیم چگونگی ساخت یك نیمرسانای نوع n  را بررسی كنیم. نیمرسانای سیلیسیوم یك عنصر چهار ظرفیتی است.  در 1m³ از این عنصر 10²⁸ اتم وجود دارد و در اثر تحریك گرمایی تعدادی الكترون از قید هسته آزاد می شوند (در حدود 10¹⁹ الكترون كه بسیار كم است). از طرفی در اثر این تحریك تعداد الكترون های رسانش و تعداد حفره ها با هم برابر هستند.

امّا این امكان وجود دارد كه یك عنصر 5 ظرفیتی به عنوان ناخالصی به آن اضافه كنیم. به عنوان مثال (همان طور كه در شكل زیر می بینید) جای بعضی از اتم های سیلیسیوم، اتم آرسنیك قرار داده شده است.

              

همان طور كه در شكل بالا مشخص است به ازای هر اتم آرسنیك یك الكترون آزاد خواهیم داشت و این باعث می شود تعداد الكترون های رسانش افزایش یابد. حتی اگر مقدار ناخالصی كم باشد (به عنوان مثال اگر به ازای هر یك میلیون اتم سیلیسیوم یك اتم آرسنیك اضافه گردد) آنگاه در 1m³ حدود 10²² الكترون آزاد اضافه خواهد شد و بدین ترتیب تعداد الكترون های آزاد 1000 برابر شده است.

حال اگر چنین نیمرسانایی در میدان الكتریكی قرار گیرد آنگاه الكترون های رسانش (كه تعدادشان خیلی بیشتر از حفره ها است) رسانش الكتریكی را به عهده خواهند گرفت. به همین علت به چنین نیمرسانایی، نیمرسانای نوع n گفته می شود چرا كه عاملِ رسانش الكترون های آزاد با بار منفی (negative) هستند.

ساختار نواری نیمرسانای نوع n  به صورت زیر است.

همان طور كه می بینید حضور آرسنیك باعث می شود یك تراز انرژی با نام تراز انرژی بخشنده در نزدیكی نوار رسانش ایجاد شود كه فاصله انرژی آن تا نوار رسانش در حدود 0/01eV است. بنابراین الكترون های روی این تراز با اندكی تحریك گرمایی (داشتن دمایی ولو كم) به نوار رسانش انتقال می یابند.

مرکز یادگیری سایت تبیان - تهیه: محسنی

تنظیم: مریم فروزان کیا