Puur silicium is een halfgeleider, wat betekent dat het een geleidbaarheid heeft tussen die van een geleider en een isolator. Het bereiken van geleiding in puur silicium wordt voornamelijk gedaan door het aantal vrije ladingsdragers te vergroten , elektronen of gaten. Hier is hoe:

1. Thermische excitatie:

* Verhogende temperatuur: Terwijl je silicium opwarmt, trillen de atomen krachtiger. Deze verhoogde trilling kan enkele covalente bindingen breken, elektronen vrijgeven in de geleidingsband en "gaten" in de valentieband creëren. Dit proces, intrinsieke excitatie genoemd , verhoogt de geleidbaarheid.

2. Doping:

* Onzuiverheden toevoegen: De meest effectieve manier om geleiding van zuiver silicium te bereiken, is door doping. Dit omvat het toevoegen van gecontroleerde hoeveelheden onzuiverheden aan het siliciumkristallenrooster. Deze onzuiverheden kunnen beide zijn:

* Donoronzuiverheden: Deze atomen hebben één extra valentie -elektron (bijvoorbeeld fosfor, arseen). Ze doneren een elektron aan het siliciumrooster, waardoor het aantal vrije elektronen wordt verhoogd en een n-type halfgeleider ontstaat .

* Acceptoronzuiverheden: Deze atomen hebben één minder valentie -elektron (bijv. Boron, aluminium). Ze "accepteren" een elektron uit het siliciumrooster, waardoor een "gat" in de valentieband ontstaat en een p-type halfgeleider produceren .

3. Licht absorptie:

* fotoconductiviteit: Puur silicium kan fotonen van licht absorberen met voldoende energie om covalente bindingen te verbreken en vrije elektronen en gaten te creëren. Dit proces, fotoconductiviteit genoemd , verhoogt de geleidbaarheid van silicium in aanwezigheid van licht.

Sleutelpunten:

* Pure silicium is een slechte dirigent: Silicium in zijn pure vorm heeft zeer weinig vrije elektronen, waardoor het een slechte geleider bij kamertemperatuur is.

* doping is cruciaal: Doping met donor- of acceptoronzuiverheden verhoogt het aantal ladingsdragers drastisch, waardoor silicium een praktische halfgeleider voor elektronische apparaten is.

* Temperatuurafhankelijkheid: De geleidbaarheid van silicium neemt toe met de temperatuur als gevolg van de verhoogde thermische excitatie van elektronen.

Toepassingen:

Geleiding in silicium is de basis voor talloze elektronische apparaten, waaronder:

* transistors: De kerncomponenten van moderne elektronica.

* diodes: Gebruikt voor rectificatie-, schakel- en spanningsregeling.

* geïntegreerde circuits (ICS): Complexe circuits gebouwd op siliciumwafels.

* zonnecellen: Silicium absorbeert zonlicht om elektriciteit te genereren.

Laat het me weten als je nog meer vragen hebt over silicium, halfgeleiders of doping!