ผลต่างระหว่างรุ่นของ "สารกึ่งตัวนำ"

เนื้อหาที่ลบ เนื้อหาที่เพิ่ม

ในบรรทัด

รุ่นแก้ไขเมื่อ 14:05, 31 พฤษภาคม 2562

สารกึ่งตัวนำ (อังกฤษ: semiconductor) คือ วัสดุที่มีคุณสมบัติในการนำไฟฟ้าอยู่ระหว่างตัวนำและฉนวน เป็นวัสดุที่ใช้ทำอุปกรณ์อิเล็คทรอนิกส์ มักมีตัวประกอบของ germanium, selenium, silicon วัสดุเนื้อแข็งผลึกพวกหนึ่งที่มีสมบัติเป็นตัวนำ หรือสื่อไฟฟ้าก้ำกึ่งระหว่างโลหะกับอโลหะหรือฉนวน ความเป็นตัวนำไฟฟ้าขึ้นอยู่กับอุณหภูมิ และสิ่งไม่บริสุทธิ์ที่มีเจือปนอยู่ในวัสดุพวกนี้ ซึ่งอาจเป็นธาตุหรือสารประกอบก็มี เช่น ธาตุเจอร์เมเนียม ซิลิคอน ซีลีเนียม และตะกั่วเทลลูไรด์ เป็นต้น วัสดุกึ่งตัวนำพวกนี้มีความต้านทานไฟฟ้าลดลงเมื่ออุณหภูมิสูงขึ้น ซึ่งเป็นลักษณะตรงข้ามกับโลหะทั้งปวง

ที่อุณหภูมิ ศูนย์ เคลวิน วัสดุพวกนี้จะไม่ยอมให้ไฟฟ้าไหลผ่านเลย เพราะเนื้อวัสดุเป็นผลึกโควาเลนต์ ซึ่งอิเล็กตรอนทั้งหลายจะถูกตรึงอยู่ในพันธะโควาเลนต์หมด (พันธะที่หยึดเหนี่ยวระหว่างอะตอม) แต่ในอุณหภูมิธรรมดา อิเล็กตรอนบางส่วนมีพลังงาน เนื่องจากความร้อนมากพอที่จะหลุดไปจากพันธะ ทำให้เกิดที่ว่างขึ้น อิเล็กตรอนที่หลุดออกมาเป็นสาเหตุให้สารกึ่งตัวนำ นำไฟฟ้าได้เมื่อมีมีสนามไฟฟ้ามาต่อเข้ากับสารนี้

สารกึ่งตัวนำไม่บริสุทธิ์ เป็นสารที่เกิดขึ้นจากการเติมสารเจือปนลงไปในสารกึ่งตัวนำแท้ เช่น ซิลิกอน หรือเยอรมันเนียม เพื่อให้ได้สารกึ่งตัวนำที่มีสภาพการนำไฟฟ้าที่ดีขึ้น สารกึ่งตัวนำไม่บริสุทธิ์นี้แบ่งออกเป็น 2 ประเภทคือ สารกึ่งตัวนำประเภทเอ็น (N-Type) และสารกึ่งตัวนำประเภทพี (P-Type)

==

สารกึ่งตัวนำไม่บริสุทธิ์^[1]

ปริมาณอิเล็กตรอนและโฮลที่เกิดจากพลังงานความร้อนและแสงสว่าง ยังคงมีจำนวนน้อยเกินไป ทำให้สารกึ่งตัวนำบริสุทธิ์นำไฟฟ้าได้ไม่ดีเท่าที่ควร ในทางปฏิบัติจะเติมอะตอมอื่นที่มีวาเลนซ์อิเล็กตรอน 3 หรือ 5 ลงในสารกึ่งตัวนำบริสุทธิ์ เพื่อทำให้ปริมาณอิเล็กตรอนหรือโฮลเพิ่มขึ้น อะตอมที่เติมลงไปมีชื่อว่า อะตอมสารเจือ (impurity atom) การเติมสารเจือ เรียกว่าการโด๊ป (Doping) สารกึ่งตัวนำที่มีอะตอมสารเจือ เจือปนอยู่ เรียกว่า สารกึ่งตัวนำไม่บริสุทธิ์ (extrinsic semiconductor) หรือสารกึ่งตัวนำสารเจือ (doping semiconductor)

สารกึ่งตัวนำไม่บริสุทธิ์มี 2 ชนิดคือ สารกึ่งตัวนำไม่บริสุทธิ์ชนิดเอ็น (N-type semiconductor) และสารกึ่งตัวนำไม่บริสุทธิ์ชนิดพี (P-type semiconductor)

สารกึ่งตัวนำชนิดเอ็น

สารกึ่งตัวนำไม่บริสุทธิ์ชนิดเอ็นเป็นสารกึ่งตัวนำที่มีอิเล็กตรอนจำนวนมาก เกิดจากการเติมอะตอมที่มีวาเลนซ์อิเล็กตรอน 5 ตัว เช่น แอนติโมนี, ฟอสฟอรัส หรือ อาเซนิก

อะตอมสารเจือสามารถให้อิเล็กตรอนได้จึงมีชื่อเรียกว่า อะตอมผู้ให้ (donor atom) อะตอมสารเจือประมาณหนึ่งต่อล้านเป็นชนิดเอ็นเพราะว่ามีอิเล็กตรอนซึ่งเป็นพาหะของประจุลบอยู่มาก อย่างไรก็ตามในแถบวาเลนซ์ก็มีโฮลอยู่บ้าง สารกึ่งตัวนำชนิดเอ็นมีอิเล็กตรอนในแถบนำเป็นพาหะส่วนใหญ่ (majority carrier) มีโฮลเป็นพาหะส่วนน้อย

สารกึ่งตัวนำชนิดพี

สารกึ่งตัวนำไม่บริสุทธิ์ชนิดพี เป็นสารกึ่งตัวนำที่มีโฮลอยู่มาก เกิดจากการเติมอะตอมที่มีวาเลนซ์อิเล็ก 3 ตัว เช่น โบรอน, เจอเมเนียม หรืออินเดียม

เป็นสารกึ่งตัวนำที่เกิดจากการจับตัวของอะตอมซิลิกอนกับอะตอมของอะลูมิเนียม ทำให้เกิดที่ว่างซึ่งเรียกว่า โฮล (Hole) ขึ้นในแขนร่วมของอิเล็กตรอน อิเล็กตรอนข้างโฮลจะเคลื่อนที่ไปอยู่ในโฮลทำให้ดูคล้ายกับโฮลเคลื่อนที่ได้จึงทำให้กระแสไหลได้

บทความวัสดุศาสตร์นี้ยังเป็นโครง คุณสามารถช่วยวิกิพีเดียได้โดยการเพิ่มเติมข้อมูล

↑ อ้างอิงผิดพลาด: ป้ายระบุ <ref> ไม่ถูกต้อง ไม่มีการกำหนดข้อความสำหรับอ้างอิงชื่อ :0

[:0-1] อ้างอิงผิดพลาด: ป้ายระบุ <ref> ไม่ถูกต้อง ไม่มีการกำหนดข้อความสำหรับอ้างอิงชื่อ :0

[1]

@@ บรรทัด 7: / บรรทัด 7: @@
 เช่น ซิลิกอน หรือเยอรมันเนียม เพื่อให้ได้สารกึ่งตัวนำที่มีสภาพการนำไฟฟ้าที่ดีขึ้น สารกึ่งตัวนำไม่บริสุทธิ์นี้แบ่งออกเป็น 2 ประเภทคือ สารกึ่งตัวนำประเภทเอ็น (N-Type) และสารกึ่งตัวนำประเภทพี (P-Type)
+==
-== สารกึ่งตัวนำบริสุทธิ์<ref name=":0">นิพนธ์  ตั้งประเสริฐ.  (2542).  ฟิสิกส์ว่าด้วยของแข็ง2.  พิมพ์ครั้งที่ 1.  กรุงเทพฯ.  มหาวิทยาลัยรามคำแหง.</ref>==
-สารกึ่งตัวนำที่นำมาใช้ผลิตอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์  คือ  ซิลิกอน (Si) และเจอเมเนียม (Ge)  ธาตุทั้งสองอยู่ในแถวที่  4  ของตารางธาตุ  มีวาเลนซ์อิเล็กตรอน  4  ตัว  ในสภาวะปกติอยู่ในรูปผลึกเรียงตัวแบบเตตระฮีดรอล (tetrahedral)  อะตอมตัวหนึ่งของสารกึ่งตัวนำจะจับกับอะตอมอื่นอีก  4  อะตอม  การรวมตัวกันโดย[[พันธะโควาเลนต์]] คือใช้วาเลนซ์อิเล็กตรอนร่วมกัน  จึงเหมือนกับว่าอะตอมหนึ่งของสารกึ่งตัวนำมีวาเลนซ์อิเล็กตรอน  8  ตัว  วาเลนซ์อิเล็กตรอน  4  ตัว  เป็นของอะตอมสารกึ่งตัวนำในอะตอมนั้น  ส่วนวาเลนซ์อิเล็กตรอนอีก  4  ตัว  ใช้ร่วมกับอะตอมอื่น  ดังนั้น[[อิเล็กตรอน]]ของสารกึ่งตัวนำจึงยึดแน่นกับอะตอมมาก  สารกึ่งตัวนำจึงเป็นตัวนำไฟฟ้าที่ไม่ดี  อย่างไรก็ตามเมื่ออุณหภูมิสูงขึ้น  อิเล็กตรอนได้รับ[[พลังงานความร้อน]]หลุดจากอะตอมได้บ้าง  ทำให้พบอิเล็กตรอนในแถบพลังงานนำ  สารกึ่งตัวนำจึงนำไฟฟ้าได้  การนำไฟฟ้าของสารกึ่งตัวนำจะขึ้นกับอุณหภูมิ  ถ้าอุณหภูมิสูงอิเล็กตรอนในแถบนำมากจะนำไฟฟ้าได้ดี  ถ้าอุณหภูมิต่ำจะเป็นตัวนำไฟฟ้าที่ไม่ดี
-เมื่ออิเล็กตรอนหลุดจากอะตอม  ทำให้พันธะโควาเลนซ์เกิดช่องว่างขึ้น  อิเล็กตรอนจากที่อื่นสามารถเคลื่อนที่เข้ามาแทนที่ได้มีลักษณะคล้ายกับหลุมที่อิเล็กตรอนอาจจะตกลงไป  จึงเรียกช่องว่างนี้ว่า  [[โฮล]] (Hole) ถ้าหากว่าอิเล็กตรอนของอะตอมข้างเคียงมีพลังงานเคลื่อนที่เข้ามาแทนที่โฮล  อิเล็กตรอนข้างเคียงก็จะเกิดโฮลขึ้น  คล้ายกับว่าโฮลเคลื่อนจากอะตอมเดิมไปยังอะตอมข้างเคียง  ถ้ายังมีอิเล็กตรอนจากอะตอมอื่นเคลื่อนเข้ามาแทนที่โฮลต่อเนื่องกันหลาย ๆอะตอม  โฮลจะเคลื่อนที่ไปตามอะตอมเหล่านั้น  เนื่องจากอะตอมที่เกิดโฮลมีสภาพเป็นบวกเพราะขาดอิเล็กตรอน  โฮลจึงเป็นตัวพาประจุบวกในสารกึ่งตัวนำ  ซึ่งในสารกึ่งตัวนำนี้จะมีตัวพาประจุ  2  ชนิด  คืออิเล็กตรอนพาประจุลบ  และโฮลพาประจุบวก
-=== การนำไฟฟ้าในสารกึ่งตัวนำ ===
-ในสารกึ่งตัวนำมีพาหะของประจุอยู่  2  ชนิด  คือ  อิเล็กตรอนและโฮล  ความหนาแน่นกระแสจะขึ้นกับปริมาณพาหะทั้ง  2  ชนิด  ดังนั้น
-<math>J = (n\mu_n +p\mu_p)eE  =  \sigma E</math>
-เมื่อ
-* n  =  จำนวนอิเล็กตรอน
-* p  =  จำนวนโฮล
-*<math>\mu_i</math>  =  ความคล่องตัวของอิเล็กตรอน
-*<math>\mu_p</math>  =  ความคล่องตัวของโฮล
-ดังนั้น
-<math>\sigma  =  (n\mu_n  +  p\mu_p)e</math>
-ในสารกึ่งตัวนำบริสุทธิ์  (pure semi-conductor, intrinsic semiconductor)  จำนวนโฮลเท่ากับจำนวนอิเล็กตรอน  เพราะว่า  โฮลเกิดจากการแตกตัวของอิเล็กตรอนจากอะตอม
-<math>n  =  p  =  n_i</math>
-เมื่อ      <math>n_i</math>  =  ปริมาณพาหะ (โฮล  หรือ  อิเล็กตรอน)  ในสารกึ่งตัวนำบริสุทธิ์
-=== ความหนาแน่นของพาหะในสารกึ่งตัวนำบริสุทธิ์ ===
-จากสถิติ[[เฟอร์มี-ดิแรค]]
-<math>f(E)  =  \frac{1}{1+e^\frac{(E-E_f)}{kT}}</math>
-และจำนวนอิเล็กตรอนต่อหนึ่งหน่วยปริมาตร
-<math>dN  =  \frac{m}{h^3} \sqrt{2mE}8\pi dE</math>
-จำนวนอิเล็กตรอนทั้งหมด
-<math>\int\limits_{0}^{E_f} dN =  n  \longrightarrow  n  =  \int\limits_{0}^{E'} \frac{\frac{m}{h^3}\sqrt{2mE}8\pi dE}{1 + e^\frac{(E-E_f)}{kT}}</math>
-เมื่อ    E'  =  พลังงานที่ชอบบนของแถบนำ
-เนื่องจาก  <math>(E - E_f)/kT  </math>  มากกว่า  1  มาก  ดังนั้น  เราอาจประมาณว่า
-<math>\frac{1}{1+e^\frac{(E-E_f)}{kT}}  \thickapprox   e^-\frac{(E-E_f)}{kT}</math>
-ดังนั้น
-<math>n  = \int\limits_{0}^{\infty} \frac{m}{h^3}\sqrt{2mE}8\pi e^-\frac{(E-E_f)}{kT} dE</math>
-จำนวนโฮล  หาได้จาก
-<math>p  = \int\limits_{0}^{E_v} \frac{m}{h^3}\sqrt{2mE}8\pi e^-\frac{(E-E_f)}{kT} dE</math>
-หลังจากอินทิเกรตจะได้
-<math>n_1  =  2\biggl(\frac{2\pi m_n kT}{h^2}\biggr)^\frac{3}{2}  e^-\tfrac{(E_f-E_v)}{kT}
-             =  N_c  e^-\tfrac{(E_f-E_v)}{kT}</math>
-<math>p_1  =  n_1  =  2\biggl(\frac{2\pi m_p kT}{h^2}\biggr)^\frac{3}{2}  e^-\tfrac{(E_f-E_v)}{kT}
-             =  N_v  e^-\tfrac{(E_f-E_v)}{kT}</math>
-เมื่อ  <math>N_c,N_v</math>  =  ความหนาแน่นของสเตทในแถบนำและแถบวาเลนซ์
-<br />
 == สารกึ่งตัวนำไม่บริสุทธิ์<ref name=":0" />==
 ปริมาณอิเล็กตรอนและโฮลที่เกิดจากพลังงานความร้อนและแสงสว่าง  ยังคงมีจำนวนน้อยเกินไป  ทำให้สารกึ่งตัวนำบริสุทธิ์นำไฟฟ้าได้ไม่ดีเท่าที่ควร  ในทางปฏิบัติจะเติมอะตอมอื่นที่มีวาเลนซ์อิเล็กตรอน  3  หรือ  5  ลงในสารกึ่งตัวนำบริสุทธิ์  เพื่อทำให้ปริมาณอิเล็กตรอนหรือโฮลเพิ่มขึ้น  อะตอมที่เติมลงไปมีชื่อว่า  อะตอมสารเจือ  (impurity atom)  การเติมสารเจือ  เรียกว่าการโด๊ป  (Doping)  สารกึ่งตัวนำที่มีอะตอมสารเจือ  เจือปนอยู่  เรียกว่า  สารกึ่งตัวนำไม่บริสุทธิ์ (extrinsic semiconductor)  หรือสารกึ่งตัวนำสารเจือ  (doping semiconductor)

รุ่นแก้ไขเมื่อ 14:05, 31 พฤษภาคม 2562

สารกึ่งตัวนำไม่บริสุทธิ์[1]

สารกึ่งตัวนำชนิดเอ็น

สารกึ่งตัวนำชนิดพี

สารกึ่งตัวนำไม่บริสุทธิ์^[1]