4.13 Vlastní polovodiče

 

Atom křemíku má v elektronovém obalu 14 elektronů.

10 z nich je pevně vázáno k jádru, a 4 zbývající vyvářejí vazebné dvojice se 4 okolními atomy v krystalové mřížce.

Tento typ vazby se nazývá kovalentní.

 

Aby se elektron z kovalentní vazby uvolnil, je třeba mu dodat poměrně malou energii 1,8 . 10-19 J, a tím jej z kovalentní vazby uvolnit. Porušením vazby vznikne pár částic s rozdílným nábojem – elektron a díra.

 

Díra není skutečná částice, ale charakterizuje jev, kdy uvolněný valenční elektron chybí ve vazbě mezi atomy.

 

V čistém křemíku je hustota děr rovna hustotě volných elektronů. S rostoucí teplotou se hustota děr a volných elektronů zvětšuje, a proto se odpor polovodiče zmenšuje.

 

Není-li polovodič připojen ke zdroji napětí, je pohyb děr a volných elektronů neuspořádaný.

 

Po připojení ke zdroji vznikne v polovodiči elektrické pole, které způsobí, že se nabité částice začnou pohybovat uspořádaně. Vznikl elektrický proud se dvěma složkami

– proud elektronů

– proud děr (v opačném směru)

 

Vodivost polovodiče způsobená vytvořením páru elektron díra, se nazývá vlastní vodivost polovodiče.

Látky s touto vodivostí jsou vlastní polovodiče.

 

Příměsové polovodiče

 

Hustota párů elektron-díra u vlastních polovodičů je pro praktické použití nedostatečná. Zvýšení hustoty volných elektronů dosáhneme pomocí rúzných příměsí. Vedle vlastní vodivosti tak vzniká i vodivost příměsová.

 

 

                        N                                       P

Elektronovou vodivost vytvářejí v křemíku atomy fosforu, který má ve valenční vrstvě 5 elektronů.

 

Polovodič typu N – jeho příměsovou vodivost způsobují elektrony.

 

 

Děrová vodivost vzniká v křemíku vlivem příměsi boru se třemi valenčními elektrony. Vznikne díra bez vzniku volného elektronu.

 

Polovodič typu P – jeho příměsovou vodivost způsobují díry.

 

 

Diodový jev

 

Probíhá na rozhraní dvou polovodičů s různým typem vodivosti.

 

 

Hradlová vrstva – oblast, ve které je následkem rekombinace párů elektron-díra nedostatek volných částic s nábojem. Má proto značný elektrický odpor.

 

 

Diodový jev – závislost elektrického odporu na polaritě vnějšího zdroje napětí.

Polovodičová dioda – součástka s jedním přechodem PN.

 

 

 

 

 

 

 

Usměrňovač proudu

 

 

 

Tranzistorový jev, tranzistor

 

Je tvořen dvěma přechody PN.

 

 

Malé napětí vzbuzuje v obvodu báze proud, který je příčinou vzniku mnohem většího proudu v obvodu kolektoru.

Při činnosti tranzistoru dochází k zesílení proudu.