11 feiten over transistor: kenmerken, bandgap

by

Inhoud

In dit artikel bespreken we de basisconcepten met betrekking tot transistor en zijn kenmerken. 

Definitie van een transistor:

“Transistor is een halfgeleiderapparaat met drie verbindingsdelen. Dit apparaat wordt voornamelijk gebruikt voor versterking bij het schakelen van elektronische signalen ”.

Transistor kenmerken:

  • Een transistor vertegenwoordigt de relatie tussen stroom en spanningen.
    • Het is in het algemeen een netwerk met twee poorten
    • Elk van de transistormodi heeft verschillende ingangskarakteristieken, uitgangskarakteristieken en stroomoverdrachtskarakteristieken.
    • Een transistor heeft drie polen en elk van de polen is voornamelijk gemaakt van N-type en P-type substraat.

Een transistor bestaat uit drie terminals

  • Emitter
  • Base
  • Verzamelaar

Transistor is onderverdeeld in twee hoofdcategorieën

  • Bipolaire junctie transistor (BJT)
  • Veldeffecttransistor (FET)

Er zijn ook drie modi in een transistor

  • Gemeenschappelijke zender of CE-modus
  • Gemeenschappelijke basis- of CB-modus
  • Gemeenschappelijke Collector of CC-modus

Diagram van PNP- en NPN-transistor

Picture1
PNP- en NPN-transistor
PNP- en NPN-transistor

Om meer over te weten PNP en NPN-transistoren moeten we eerst iets weten over P-type en N-type halfgeleiders.

Wat is een P-type halfgeleider?

Een P-type halfgeleider (link) is een type halfgeleider wanneer een onzuiverheid (voornamelijk driewaardig) wordt toegevoegd aan de intrinsieke of zuivere halfgeleider. Bij deze typen zijn de gaten de meerderheid en is de elektronica minderheidsdragers. De driewaardige onzuiverheden kunnen boor (B), gallium (Ga), enz. Zijn.

Wat is een N-type halfgeleider?

Een N-type halfgeleider is een type halfgeleider wanneer sommige onzuiverheden (voornamelijk vijfwaardig) worden gedoteerd tot een extrinsieke halfgeleider. Hierin zijn elektronen meerderheids- of primaire dragers, en gaten zijn minderheids- of secundaire dragers.

Enkele voorbeelden zijn fosfor (P), arseen (As) enz.

In N-type en P-type halfgeleiders zien we verschillende soorten 'energiebanden' die een belangrijke rol spelen in de functie van een transistor; zij zijn:-

Picture3

Krediet van het beeld: Tem5psu, N en p doping, CC BY-SA 4.0

band kloof

"De bandafstand verwijst naar het energieverschil tussen de bovenkant van de volantband en de onderkant van de geleidingsband in een isolator en halfgeleider."

- Dit is in feite een energiebereik voor vaste stoffen waar geen elektronentoestanden kunnen bestaan.

Picture4
Band gap diagram

Verboden kloof

- In een vaste stof kan het bereik van energieën dan een elektron in vaste stof een energieband hebben, en een bereik van energie dat het misschien niet heeft, wordt de verboden kloof genoemd.

Picture5
Verboden tussenruimtediagram
Krediet van het beeld: S-kei, BandGap-vergelijking-metfermi-E, CC BY-SA 2.5

Volantband en geleidingsband

In vaste toestand zijn de volantband en geleidingsbanden de banden die het dichtst bij het Fermi-niveau liggen (een thermodynamische grootheid aangeduid met µ) en bepalen ze de elektrische geleidbaarheid van de vaste stoffen.

Picture6
Volant en geleidingsband

Om een ​​transistor op te bouwen, hebben we twee soorten halfgeleiders nodig, namelijk:

1. Intrinsieke halfgeleider

Picture7
Intrinsieke halfgeleider
  • - Materialen zijn in pure vorm
  • - Lage elektrische geleidbaarheid
  • - Aantal vrije elektronen in geleidingsband = aantal gaten in de volantband
  • - Elektrische geleidbaarheid wordt beïnvloed door de temperatuur.

2. Extrinsieke halfgeleider

Picture8
Extrinsieke halfgeleider

Extrinsieke halfgeleiders zijn onderverdeeld in twee andere typen

  • n-type
  • p-type
  • - Onzuiver materiaal gedoteerd met p-type en n-type doteringsmiddelen
  • - Het aantal gaten en elektronen is niet gelijk
  • - Hoge elektrische geleidbaarheid
  • - Onzuiverheden zoals Sb, P, ln, Bi zijn gedoteerd met silicium- en germaniumatomen.

Directe en indirecte bandgap

In halfgeleiderelektronica kan de bandafstand van een halfgeleider als volgt in basisvormen worden geclassificeerd:

  • Directe bandkloof
  • Indirecte bandkloof.
Picture9
Directe bandgap

Picture10
Indirecte bandkloof

Afhankelijk van de bandstructuren hebben stoffen een directe bandgap of indirecte bandgap.

  • De directe bandafstand treedt op wanneer het momentum van het lage energieniveau van het geleidende gebied en het hoge energieniveau van het valentiegebied vergelijkbaar zijn.
  • De directe bandafstand treedt op wanneer het momentum van het lage energieniveau van het geleidende gebied en het hoge energieniveau van het valentiegebied niet vergelijkbaar zijn.
  • Als een elektron voldoende energie heeft, kunnen ze de geleidende band bereiken. Hierbij worden fotonen uitgezonden.  
  • Voor een indirect bandgap-materiaal zijn zowel foton als fonon opgenomen in een overgang van de bovenste valentieband boven naar de onderste geleidingsband.

De max-energietoestand in de valentieband en de min-energietoestand in de geleidingsband worden onderscheiden door de Brillouin-zones k-vector of een bepaald kristalmomentum. In het geval dat de k-vectoren verschillend zijn, heeft de stof een "indirecte kloof". De bandgap staat bekend als direct als de kristalbeweging van gaten en elektronen gelijk is in de geleidings- en valentiebanden; een e- kan een foton uitzenden. Een foton kan niet worden uitgezonden binnen een "indirecte" kloof, aangezien het elektron door een tussenliggende opening moet gaan en momentum moet overdragen naar het kristalrooster.

Wat is halfmetaal materiaal?

Bij bepaalde stoffen met een directe tussenruimte is de waarde van het verschil negatief. Dergelijke stoffen worden halfmetalen genoemd.

Moss-Burstein-effect

Het Moss-Burstein-effect of Burstein-Moss-verschuiving is het wonderkind waar de bandafstand van een halfgeleider kan toenemen.

  • Dit is getuige van een gedegenereerde elektronenverdeling of in een variant van halfgeleiders.  
  • Volgens de Moss-Burstein-verschuiving is de Band Gap
Picture11
Moss-Burstein-effect

Schijnbare Band Gap = Actuele Band Gap + Moss-Burstein verschuiving

In ogenschijnlijk gedoteerde halfgeleider bevindt het Fermi-niveau zich tussen de valentie- en geleidingsbanden.

In een n-type halfgeleider bijvoorbeeld, wanneer de doteringsconcentratie toeneemt, bevolken elektronen zich in de geleidingsgebieden die het Fermi-niveau naar een hoger energielabel dwingen.

Het Fermi-niveau bevindt zich in de geleidingsband voor een gedegenereerde hoeveelheid doping. Het uitsluitingsprincipe van Pauli verbiedt opwinding voor deze bezette staten. Er is dus blijkbaar een toename s waargenomen in de bandafstand.

Om meer over te weten elektronica klik hier