Semiconductors Properties

Semiconductors

Definition

• Semiconductors are a type of material with electrical conductivity between that of a conductor and an insulator.
• They have a small bandgap energy (typically 0.5-3 eV) between the valence and conduction bands.

Properties

• Intrinsic Semiconductors:
  • Have a pure semiconductor material with no impurities.
  • Electrons in the valence band can be excited to the conduction band by thermal energy.
  • Examples: Silicon (Si), Germanium (Ge)
• Extrinsic Semiconductors:
  • Doped with small amounts of impurities (dopants) to alter electrical properties.
  • N-type (Negative): Doped with donor impurities (e.g., Phosphorus) that release excess electrons.
  • P-type (Positive): Doped with acceptor impurities (e.g., Boron) that create holes (positive charge carriers).

Energy Bands

• Valence Band: Lower energy band where electrons are bound to atoms.
• Conduction Band: Higher energy band where electrons are free to move and conduct electricity.
• Bandgap Energy (Eg): Energy difference between the valence and conduction bands.

Applications

• Electronics: Transistors, diodes, integrated circuits, and solar cells rely on semiconductor properties.
• Optoelectronics: LEDs, laser diodes, and photodiodes use semiconductors to convert light to electrical signals or vice versa.
• Solar Cells: Semiconductors convert sunlight into electrical energy.

أشباه الموصلات

التعريف

• أشباه الموصلات هي مواد ذات موصلية كهربائية بين موصلات و عزل كهربائي. * لها فجوة طاقة نطاق صغير بين نطاق التكافو ونطاق التوصيل.

خصائص أشباه الموصلات

• أشباه الموصلات الأصلية:
  • مادة أشباه الموصلات النقية بدون شوائب. + يمكن تحريض الإلكترونات في نطاق التكافو بواسطة الطاقة الحرارية. + أمثلة: السيليكون (Si)، الجرمانيوم (Ge)
• أشباه الموصلات الخارجية:
  • مشوبة بمواد ضيفة صغيرة لتحسين الخواص الكهربائية. + نقس سالب (N-type): مشوبة بمواد مانحة (مثل الفوسفور) والتي تفرز إلكترونات زائدة. + نقس موجب (P-type): مشوبة بمواد متقبلة (مثل البورون) والتي تcreates ثقوب (حاملات شحنة موجبة).

نطاقات الطاقة

• نطاق التكافو: نطاق طاقة أدنى حيث ترتبط الإلكترونات بالذرات. * نطاق التوصيل: نطاق طاقة أعلى حيث تكون الإلكترونات حرة للتحرك والتنقل الكهربائي. * فجوة طاقة النطاق (Eg): فرق الطاقة بين نطاق التكافو ونطاق التوصيل.

التطبيقات

• الإلكترونيات: الترانزستورات،ダイ الدايودات، الدوائر المتكاملة، والخلايا الشمسية تعتمد على خواص أشباه الموصلات. * الأوبت इलكترونيات:ダイ ليدات، ليزر دايودات، والخلايا Foto تتحول بين الإشعاع الكهربائي والكهربائي. * الخلايا الشمسية: أشباه الموصلات تتحول أشعة الشمس إلى طاقة كهربائية.