Osnovi elektronike

n
= BT e −
(6.9)
2 3 EG
kT
i
31
gde je B konstanta koja zavisi od materijala i za silicijum iznosi 5.4
⋅ 10 . E
G
= 1.12 eV je
parametar koji se naziva energetski procep i predstavlja minimalnu energiju za raskidanje
−5 o
kovalentne veze, dok je k = 8.62 ⋅10
eV/ K Bolcmanova konstanta. Sopstvene koncentracije
o
o
16
3
elektrona i šupljina na sobnoj temperaturi T = 300 K = 27 C su n i
= p i
=1.5⋅10
nosilaca m i
28
3
veoma su male u odnosu na gustinu atoma u kristalu silicijuma 5⋅ 10 atoma m . Dakle, kod
čistog silicijuma svaki bilioniti atom u kristalu daje jedan par slobodnih nosilaca. Zbog toga je
čist silicijum veoma slab provodnik.
Ako se na krajeve silicijumskog kristala priključi napon V kao na slici:
J e
J p
V
+
Slika 6.4: Priključenje naponskog izvora na kristal čistog silicijuma.
onda dolazi do usmerenog kretanja slobodnih nosilaca kroz poluprovodnik. Iako se elektroni i
šupljine pod dejstvom električnog polja kreću u suprotnim smerovima, pošto su oni nosioci
suprotnog naelektrisanja, struje elektrona i šupljina se efektivno sabiraju. Dakle, gustina struje
kroz poluprovodnik data je izrazom:
gde je
J = e( μ n +μ p ) E =σ E
(6.10)
n i p i
−19
e = 1.5 ⋅10
C - naelektrisanje elektrona, μ = 0.135 m
2
n
Vs je pokretljivost elektrona, a
μ = 0.048 m
2
p
Vs je pokretljivost šupljina. Veličine μ
n, μ
p takođe zavise od temperature. Na
−4
sobnoj temperaturi je σ = 4.4 ⋅10
S/m , što predstavlja slabu provodnost.
Još jedna osobina silicijuma koja je veoma korisna u mikroelektronici je da se izlaganjem
silicijuma kiseoniku na povišenoj temperaturi na njegovoj površini formira oksid (SiO 2 ), koji je
odličan izolator.
6.4 Dopiranje silicijuma primesama
Ako se u kristal silicijuma unesu primese drugih materijala, provodnost silicijuma se
može povećati. Taj postupak se naziva dopiranje silicijuma.
Silicijum ima 4 valentna elektrona u najvišem energetskom opsegu. Ako se silicijumu
doda mala količina primesa od materijala koji ima pet valentnih elektrona (fosfor, arsen ili drugi
elementi 5. grupe), pojaviće se višak slobodnih elektrona koji znatno povećava provodnost
silicijuma. Takve primese se nazivaju donorske primese jer daju elektrone, a tako dopirani
52