Hiter odgovor: Ali je silicij prevodnik?
Silicij sicer prevaja elektriko, vendar ni dober prevodnik kot baker ali aluminij.Čisti kristalni silicij ima relativno nizko električno prevodnost pri sobni temperaturi, zato ga uvrščamo med apolprevodnik. Njegova prevodnost se lahko bistveno spremeni, ko se spremeni temperatura, čistost ali koncentracija dopanta. Zaradi te zmožnosti nadzora nosilcev naboja, namesto da bi preprosto dosegli zelo visoko prevodnost, je silicij uporaben v polprevodniških napravah.
Pomembno vprašanje torej ni le, alisilicijlahko prenaša tok. Jezakaj lahko isti silicijev kristal slabo prevaja v svojem čistem stanju in postane veliko bolj električno uporaben po nadzorovanem dopiranju.
Silicij je polprevodnik, ne tipičen prevodnik ali izolator
Električni materiali so pogosto razvrščeni glede na to, kako enostavno se lahko nosilci naboja premikajo skozi njih. Silicij sedi med tipičnim prevodnikom in tipičnim izolatorjem.
| Vrsta materiala | Električno vedenje | Glavna razlika |
| Dirigent | Tok teče relativno enostavno | Na voljo je veliko mobilnih nosilcev polnjenja |
| Izolator | Močno upira tokovnemu toku | Zelo malo razpoložljivih nosilcev polnjenja v normalnih pogojih |
| Polprevodnik | Prevodnost se lahko giblje od zelo nizkih do veliko višjih vrednosti | Koncentracijo nosilca je mogoče namerno nadzorovati |
| Silicij | Obnašanje polprevodnikov | Prevodnost je močno odvisna od dopinga in delovnih pogojev |
Torej opisovanje silicija preprosto kot prevodnika ali izolatorja zgreši lastnost, ki je najpomembnejša. Silicij je polprevodnik, katerega električno obnašanje je mogoče spremeniti v širokem praktičnem območju.
Zakaj čisti silicij slabo prevaja elektriko
Čisti kristalni silicij ima štiri valenčne elektrone. Znotraj kristala si vsak atom silicija deli te elektrone s sosednjimi atomi prek kovalentnih vezi.
Ker je veliko valenčnih elektronov vključenih v vezavo, se relativno malo prosto giblje skozi kristal in prenaša tok pri sobni temperaturi.
To se bistveno razlikuje od tipične kovine, kjer je za prevod že na voljo veliko večja populacija mobilnih elektronov.
Čisti silicij je torej električno šibek v primerjavi z običajnimi kovinskimi prevodniki, vendar ni popolnoma neprevoden. Toplotna energija lahko ustvari mobilne elektrone in luknje, kar omogoča pretok merljivega toka.
Intrinzični silicij ima malo prostih nosilcev naboja
Silicij brez namernega dopinga se imenujeintrinzični silicij.
Njegovo električno obnašanje je odvisno predvsem od nosilcev, ki nastanejo v samem materialu. Pri sobni temperaturi je njihova koncentracija relativno nizka, kar daje notranjemu siliciju veliko večjo upornost kot dober kovinski prevodnik.
Ta nizka intrinzična prevodnost ustvarja izhodišče, iz katerega polprevodniški inženirji namenoma spreminjajo material.
Običajne stopnje industrijskega silicija
Silicijeva kovina 441
Silicijeva kovina 553
Silicijeva kovina 3303
Doping nadzoruje električno prevodnost silicija
Dopiranje je mehanizem, ki silicijevo nizko intrinzično prevodnost spremeni v nadzorovano električno lastnost.
Doping ne spremeni silicija v kovino.Namesto tega so skrbno izbrani atomi vneseni v kristal silicija, da spremenijo število in vrsto razpoložljivih nosilcev naboja.
Silicij tipa N{0}} doda nosilce naboja elektronov
Silicij tipa N- se proizvaja z uporabo donorskih dopantov, kot sta fosfor ali arzen.
Ti atomi zagotavljajo dodatne elektrone, ki lahko lažje sodelujejo pri električni prevodnosti kot elektroni, vezani v običajni vezni strukturi silicija.
Kot rezultat,elektroni so glavni nosilci naboja v siliciju tipa N-.
Silicij tipa P- ustvarja luknjaste nosilce naboja
Silicij vrste P- uporablja akceptorske dodatke, kot sta bor ali galij.
Ti dodatki povzročajo pomanjkanje elektronov v kristalni mreži. Ta prosta delovna mesta so opisana kotluknjein se obnašajo kot nosilci pozitivnega naboja.
V siliciju tipa P- postanejo luknje glavni nosilci.
| Vrsta silicija | Tipičen dopant | Večinski prevoznik | Električni učinek |
| Silicij vrste N- | Fosfor / arzen | Elektroni | Poveča razpoložljive nosilce elektronov |
| P-Silicij vrste | bor / galij | Luknje | Ustvarja mobilne nosilce lukenj |
Zmožnost ustvarjanja območij tipa N- in tipa P- je pomembnejša od tega, da preprosto naredimo silicij "bolj prevoden". Omogoča različno načrtovanje električnega obnašanja v različnih delih iste polprevodniške strukture.
Prevodnost silicija se spreminja s temperaturo, čistostjo in kakovostjo kristalov
Ne obstaja enotna vrednost električne prevodnosti, ki bi predstavljala vsak silicijev material.
Prevodnost in upornost sta odvisni od stanja materiala, ki se meri.
Temperatura spremeni prevodnost silicija
Ko se temperatura intrinzičnega silicija poveča, lahko postane na voljo več nosilcev naboja.
Njegova prevodnost torej na splošno narašča s temperaturo. To je pomembna razlika od običajnih kovinskih prevodnikov, pri katerih upor običajno narašča, ko se material segreje.
Čistost in koncentracija dopanta spremenita upornost silicija
Višja kemijska čistost ne pomeni samodejno tudi višje električne prevodnosti.
Zelo čist intrinzični silicij ima lahko relativno visoko upornost prav zato, ker vsebuje malo nosilcev naboja.
Ko so dodane nadzorovane dopante, se lahko koncentracija nosilca spremeni in prevodnost znatno poveča. Smiselna električna specifikacija mora torej razlikovatičistostodkoncentracija dopanta.
Kristalne napake lahko vplivajo na električno obnašanje silicija
Kristalne napake, meje zrn in kontaminacija lahko vplivajo na premikanje nosilcev naboja skozi silicij.
Zato polprevodniškega materiala ne določa le elementarna čistost. Kakovost kristalov, nadzor dopantov in upornost so prav tako lahko kritični.
Torej, ali je silicij prevoden?
Čisti silicij je pri sobni temperaturi slabo prevoden. Dopirani silicij je mogoče narediti veliko bolj prevoden, vendar se še vedno obnaša kot polprevodnik in ne kot običajen kovinski prevodnik.
Nadzorovana prevodnost silicija omogoča polprevodniške naprave
Silicij je postal bistvenega pomena za elektroniko, ker je njegovo prevodnost mogoče spreminjati, ne pa zato, ker naravno izjemno dobro prevaja elektriko.
Z ustvarjanjem regij z nadzorovanimi koncentracijami nosilcev lahko silicij podpira električne strukture, ki se uporabljajo v:
- Tranzistorji
- Integrirana vezja
- Računalniški čipi
- Sončne celice
- Polprevodniške naprave
Uporabna lastnost je torejkontrolirana prevodnost: inženirji lahko namenoma ustvarijo območja, ki se različno odzivajo na električne pogoje znotraj iste naprave-na osnovi silicija.
Industrijski silicijev kovinski in polprevodniški-silicij imata različne specifikacije
Industrijski silicij Kovina in polprevodniški-silicij temeljita na elementu Si, vendar nista zamenljiva električna materiala.
| Material | Tipična vloga | Specifikacija Focus |
| Metalurška{0}}silicijeva kovina | Industrijske surovine in nabavne surovine | Stopnja, mejne vrednosti Fe/Al/Ca, velikost delcev in potrdilo o originalnosti serije |
| Polisilicij-visoke čistosti | Surovina visoke-čistosti za nadaljnjo predelavo | Veliko strožji nadzor kontaminacije in čistosti |
| Polprevodniški-kristalinični silicij | Nadzorovani elektronski polprevodniški material | Kakovost kristalov, koncentracija dopanta, upornost in elektronska-čistost |
Na primer, industrijske stopnje, kot sta Silicon Metal 553 in 441, se običajno razlikujejo glede na metalurško kemijsko sestavo, zlasti mejne vrednosti Fe, Al in Ca.
To razliko lahko vidite v našem primerjava kakovosti industrijskega silicija .
Te številke stopnje vam ne povedo koncentracije dopanta ali upornosti, potrebne za uporabo polprevodnikov.
Pri dobavi silicija razlikujemo metalurško kemično sestavo od električnih-zahtev glede lastnosti. Če je vaš nadaljnji proces odvisen od prevodnosti, čistosti, ravni dopanta ali upornosti, je treba te parametre potrditi ločeno, namesto da bi jih sklepali na podlagi standardne stopnje silicijeve kovine.
Torej, ali je silicij dober električni prevodnik?
Čisti silicij jeni dober električni prevodnikv primerjavi z bakrenimi, aluminijevimi ali drugimi običajnimi kovinskimi prevodniki.
Njegov pomen izhaja iz druge lastnosti: prevodnost je mogoče namerno spremeniti z nadzorom nosilcev naboja.
Intrinzični silicij se začne z relativno malo mobilnimi nosilci. Dopiranje tipa N- poveča razpoložljive elektrone, medtem ko dopiranje tipa P- ustvarja luknje. Temperatura, koncentracija dopanta, čistost in kakovost kristalov nato dodatno vplivajo na končno prevodnost in upornost.
Zato je vprašanje "Ali silicij prevaja elektriko?" ima preprost odgovor, a pomembno kvalifikacijo:
Da, silicij prevaja elektriko. Toda njegova opredeljujoča električna lastnost je nadzorovana polprevodniška prevodnost, ne naravna visoka prevodnost kovine.
Pogosta vprašanja o prevodnosti silicija
V: Ali je 100 % čisti silicij prevoden?
O: Da. Čisti kristalni silicij lahko prevaja elektriko, vendar je njegova prevodnost relativno nizka pri sobni temperaturi, ker intrinzični silicij vsebuje malo mobilnih nosilcev naboja. Ostaja polprevodnik in ne tipičen kovinski prevodnik.
V: Ali silicij v trdnem stanju prevaja elektriko?
O: Da. Trden kristalni silicij prevaja elektriko, vendar je njegova prevodnost močno odvisna od temperature, čistosti, koncentracije dopanta in kristalnega stanja. Čisti intrinzični silicij prevaja veliko manj učinkovito kot običajni kovinski prevodniki.
V: Ali je silicij dober izolator?
O: Silicij običajno ni klasificiran kot tipičen električni izolator. Je polprevodnik. Čisti silicij ima lahko pod nekaterimi pogoji nizko prevodnost, vendar se lahko njegova prevodnost bistveno spremeni zaradi dopinga in temperature.
V: Kakšna je električna prevodnost silicija v S/m?
O: Silicij nima ene vrednosti električne prevodnosti, ki bi bila pomembna brez preskusnih pogojev. Prevodnost je močno odvisna od temperature, čistosti, koncentracije dopanta in kakovosti kristalov, zato je treba vrednost S/m vedno navesti skupaj s stanjem materiala.
Ali morate potrditi specifikacijo silicija za električno aplikacijo?
Pošljite nam zahtevano čistost, upornost ali nadaljnji postopek. Najprej lahko ločimo, ali zahteva pripada standardnemu industrijskemu siliciju, silicijevemu materialu višje -čistosti ali strožje nadzorovani specifikaciji.
Pogovorite se o zahtevah za silicij
