Frage:
Wie ist ein Halbleiter elektrisch neutral?
temporary_user_name
2015-05-29 04:01:44 UTC
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Ich bin gerade dabei zu lernen, wie Transistoren funktionieren. Dies beginnt mit dem Verständnis, wie durch Dotierung Halbleitermaterialien vom n- und p-Typ erzeugt werden.

Alle Ressourcen, die ich gelesen habe, sortieren das auf die gleiche Weise zu erklären, und ich vermisse etwas. Halbleiter vom P-Typ haben zusätzliche Löcher und sind für die Aufnahme von Elektronen prädisponiert, während Halbleiter vom n-Typ zusätzliche freie Elektronen haben und für deren Abgabe prädisponiert sind. Dies ist das Grundprinzip der Funktionsweise von Transistoren, wie ich es verstehe.

Aber jede Ressource betont, dass sowohl Halbleiter vom n-Typ als auch vom p-Typ elektrisch neutral sind, wo ich mich befinde Wenn man zusätzliche Elektronen hat und Elektronen fehlen, wie sind sie dann elektrisch neutral und nicht geladen? Ich habe anscheinend einen Block darüber oder so, ich verstehe es einfach nicht.

Dies bedeutet lediglich, dass der Gesamtladungsgehalt des Wafers aus P- und N-Material gleich bleibt (gleich der Anfangsladung), da das Aufbrechen unbeweglicher Ionen zu beiden Paaren führt, die sich insgesamt zu Null summieren, und jedes Mal, wenn ein Elektron eintrittvon der Kathode tritt man aus der Anode aus, daher bleibt die allgemeine Neutralität erhalten.
Der n-Typ hat keine ** zusätzlichen ** Elektronen.Es hat die gleiche Anzahl negativer Elektronen wie positive statische Atomkerne.Was es zum "n-Typ" macht, ist, dass einige Elektronen nicht an statische Kerne gebunden sind und sich daher frei bewegen können (und somit als Ladungsträger wirken und Strom leiten).Die gleiche Logik gilt auch für den p-Typ.
Fünf antworten:
#1
+8
David Schwartz
2015-05-29 12:44:35 UTC
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Nehmen Sie als Beispiel Silizium. Silizium hat vier Valenzelektronen und Siliziumatome in einem Kristallgitter bilden vier Bindungen mit benachbarten Atomen.

Transistoren und andere Halbleiter bestehen aus Siliziumkristallen mit geringen Mengen an Dotierstoffen hinzugefügt. Diese Dotierstoffe verändern die elektrischen Eigenschaften aufgrund der Art und Weise, wie sie mit dem Kristallgitter interagieren. Phosphor hat zum Beispiel 5 Valenzelektronen. Es ist immer noch elektrisch neutral (Anzahl der Protonen = Anzahl der Elektronen), aber da die Siliziumkristallstruktur nur 4 Bindungen pro Atom erfordert, gibt es ein "zusätzliches" Elektron, das nicht wirklich an der Kristallstruktur beteiligt ist. Mit etwas zusätzlicher Energie gelangt dieses Elektron in das Leitungsband und wandert frei um das Kristallgitter. Dies entspricht einem Halbleiter vom n-Typ.

Es gibt einen ähnlichen Prozess für Halbleiter vom p-Typ - Bor hat beispielsweise nur 3 Valenzelektronen.

#2
+4
Korozjin
2015-05-29 04:08:40 UTC
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Eine gute Antwort finden Sie hier aus physikalischer Sicht.

Die Begriffe n- und p-dotiert beziehen sich nur auf die Mehrheitsladungsträger. Jeder positive oder negative Ladungsträger gehört zu einem festen negativ oder positiv geladenen Dotierstoff. Materialien vom Typ p und n sind NICHT positiv und negativ geladen. Ein Material vom n-Typ hat für sich genommen hauptsächlich negative Ladungsträger (Elektronen), die sich frei bewegen können, aber immer noch neutral sind, weil die festen Donoratome mit gespendeten Elektronen positiv sind.

In ähnlicher Weise weist Material vom p-Typ selbst hauptsächlich positive Ladung auf Träger (Löcher), die sich relativ frei bewegen können, aber immer noch neutral sind, weil die festen Akzeptoratome mit akzeptierten Elektronen negativ sind.

https: // Physik. stackexchange.com/questions/81488/how-can-doped-semiconductor-be-neutral

#3
+3
The Photon
2015-05-29 04:08:55 UTC
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Der Halbleiter hat sowohl freie Ladung (Elektronen und Löcher) als auch unbewegliche Ladung (Elektronen mit niedrigerem Band, Kernprotonen und ionisierte Donoren und Akzeptoren).

Wenn ein Donor (zum Beispiel) ionisiert wird, ist er ionisiert erzeugt ein freies Elektron, aber es erzeugt auch ein positiv ionisiertes Donoratom. Die Ladung des freien Elektrons und des ionisierten Donors ist gleich und entgegengesetzt. Solange das Elektron nirgendwo hingeht, bleibt die Nettoladung Null.

#4
  0
jp314
2016-04-25 05:13:01 UTC
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Sie sind nicht immer elektrisch neutral.

Ein n-Halbleiter hat einen Überschuss an 'freien' Elektronen - Elektronen, die sich im Halbleiter frei bewegen können (sehr ähnlich wie Elektronen in einem Metall). Diese Elektronen werden durch unbewegliche Donorverunreinigungen "gespendet", die in den Halbleiter dotiert sind.

Wenn Sie sich vorstellen, von diesem Zustand aus zu beginnen, ist das Ergebnis immer noch neutral. Da sich die Elektronen jedoch bewegen können, neigen sie dazu, von Regionen hoher Konzentration weg zu diffundieren. Wenn Sie ein anderes Material (z. B. p-Typ) mit dem n-Typ verbinden (einen pn-Übergang bilden), diffundieren Elektronen vom Bereich hoher Konzentration in den Bereich niedriger Konzentration. Dies wird nicht für immer so bleiben (es sei denn, Sie haben eine Stromquelle angeschlossen), da beim Verlassen des n-Typ-Bereichs eine + Ladung zurückbleibt. Dies erzeugt ein wiederherstellendes elektrisches Feld, und irgendwann wird dieses wiederherstellende Feld den Diffusionsprozess ausgleichen und ein Gleichgewicht erhalten. Die Besonderheiten davon hängen von den Materialien, der Dotierung und der Temperatur sowie von jeder externen Spannung ab, die zwischen den beiden Materialien, die den pn-Übergang bilden, angelegt wird.

Da (ausgehend von Neutral) Elektronen (negative Ladung) haben Wenn der n-Typ-Bereich verlassen wird, wird er netto positiv geladen und der p-Typ negativ geladen. In ähnlicher Weise diffundieren Löcher ("Anti-Elektronen") vom p-Typ zum n-Typ und laden sie weiter positiv auf.

Ein ähnliches Verhalten würde auftreten, wenn Sie einen stark dotierten n-Typ mit einem leicht dotierten verbinden (tatsächlich tritt er immer dann auf, wenn ein Konzentrations- (oder Temperatur-) Gradient vorliegt).

Das Material als Ganzes ist nicht geladen (nur polarisiert), aber wenn Sie es an einen anderen Leiter (z. B. einen Draht) anschließen, bewegt sich die Ladung zwischen der Wolke freier Elektronen im Draht zum Halbleiter und legt ein Netz an negative Ladung darauf. Obwohl es klein ist, könnte es im Prinzip durch Beobachtung elektrostatischer Kräfte erfasst werden. Es kann nicht gemessen werden, indem (z. B.) ein Voltmeter an den Halbleiter und das Metall angeschlossen wird, da Ladungen auch in die Leitungen des Voltmeters fließen würden, wobei genau aufgehoben und keine Nettospannung hinterlassen würde. Wenn es tatsächlich einen Temperaturunterschied gäbe, könnten Sie eine Spannung messen - dies ist der Seebeck-Effekt (Thermoelement).

#5
  0
wbeaty
2016-04-25 05:36:23 UTC
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Einfache Version:

Bei der n-Dotierung durch Zugabe von Phosphor fügen wir tatsächlich ein positives Phosphorion sowie ein mobiles Elektron hinzu.

Bei der p-Dotierung durch Zugabe von Bor fügen wir tatsächlich ein negatives Borion sowie ein mobiles "Loch"

hinzu


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