Polovodíče PDF

**VLASTNÉ POLOVODIČE** Z hľadiska vedenia elektrického prúdu rozdeľujeme látky na: 1\. ***vodiče*** kovy (r=10^-6^ W.m) elektrolyty (r=10^-2^ W.m) 2\. ***izolanty*** bakelit, sklo (r=10^9^ W.m) 3\. ***polovodiče*** (r=10^-2^ W.m až 10^9^ W.m) Si, Ge, C, Se, Te, PbS, hemoglobín, chlorofyl Závis...

**VLASTNÉ POLOVODIČE** Z hľadiska vedenia elektrického prúdu rozdeľujeme látky na: 1\. ***vodiče*** kovy (r=10^-6^ W.m) elektrolyty (r=10^-2^ W.m) 2\. ***izolanty*** bakelit, sklo (r=10^9^ W.m) 3\. ***polovodiče*** (r=10^-2^ W.m až 10^9^ W.m) Si, Ge, C, Se, Te, PbS, hemoglobín, chlorofyl Závislosť merného elektrického odporu od teploty V kovoch so zvyšujúcou sa teplotou kmitajúce častice mriežky viac prekážajú pohybu elektrónov. Závislosť merného elektrického odporu od teploty V polovodičoch sa so zvyšujúcou teplotou zväčšuje hustota voľných elektrónov. Kryštálová mriežka kremíka Každý atóm je viazaný so 4 susednými atómami pomocou 4 vlastných valenčných elektrónov a 4 valenčných elektrónov, z ktorých každý patrí jednému susednému atómu. Všetky valenčné elektróny sa podieľajú na väzbe, v kryštálovej mriežke nie sú voľné elektróny - kremík je ***izolant***. Platí pri nízkych teplotách a u chemicky čistého kremíka. Pri vyšších teplotách: Kmity atómov vyvolajú porušenie väzieb, niektoré valenčné elektróny sa uvoľnia - sú voľné elektróny. Uvoľnením elektrónov z väzby sa z kremíka stáva vodič. Uvoľnením elektrónov z väzby vznikne v mriežke prázdne miesto - *diera*. Diera je miesto s kladným nábojom, ktorý získa z prebytku kladných nábojov atómového jadra. Vznik (generácia) párov voľný elektrón - diera. Pri "stretnutí" voľného elektrónu s dierou obsadí voľný elektrón prázdne miesto v chemickej väzbe. Zánik (rekombinácia) párov voľný elektrón - diera. Počet voľných elektrónov u polovodičov môžeme zvyšovať zahrievaním. Hustota voľných elektrónov a dier v čistom kremíku pri bežnej teplote ρ~d~ = ρ~e~= 6,8.10^16^ m^-3^. Ak pripojíme ku kryštálu kremíka jednosmerné napätie, začne obvodom prechádzať prúd. Takáto vodivosť čistých polovodičov sa nazýva vlastná vodivosť polovodičov. Látky s takouto vodivosťou sú vlastné polovodiče. **NEVLASTNÉ POLOVODIČE** Pre technické využitie polovodičov je dôležité, že elektrické vlastnosti polovodičov výrazne závisia od prímesí. Znečistenie kremíka tak, že na sto miliónov jeho atómov pripadá jeden jediný atóm prímesí, výrazne ovplyvní jeho elektrické vlastnosti. V kryštálovej mriežke kremíka nahradíme niektorý atóm štvormocného kremíka päťmocným atómom fosforu. Po zabudovaní atómu ~15~^30^P do kryštálovej mriežky sa štyri jeho valenčné elektróny zúčastnia kovalentnej väzby. Piaty zostáva slabo viazaný, ľahko sa odpúta a stane sa voľným. Nevznikne však diera, preto v kremíku znečistenom fosforom je nadbytok voľných elektrónov. Polovodič s elektrónovou vodivosťou - polovodič typu ***N***. Prímesové atómy, ktoré z polovodičovej látky tvoria polovodič typu ***N***, sa nazývajú donory (donor - darca). Donory poskytujú kryštálu voľné elektróny. V polovodičoch typu ***N*** sprostredkuje elektrický prúd prevažne jeden typ voľných častíc s nábojom - voľné elektróny. Prevažujúce voľné častice s nábojmi nazývame väčšinové (majoritné). Voľné častice s opačným nábojom sú menšinové (minoritné). V polovodičoch typu N sú majoritné voľné elektróny, minoritné diery. V kryštáli kremíka nahradíme niektorý atóm štvormocného kremíka trojmocným atómom india. Prímesové atómy, ktoré z polovodičovej látky tvoria polovodič typu ***P***, sa nazývajú akceptory (akceptor - príjemca). Akceptory sú schopné zo svojho okolia prijať jeden väzbový elektrón, čím vznikajú diery. V polovodičoch typu ***P*** sú majoritné diery, minoritné voľné elektróny. Elektrickú vodivosť polovodičov, ktorá je spôsobená prítomnosťou cudzích, nie vlastných atómov, sa nazýva nevlastná vodivosť. Polovodiče s týmto mechanizmom elektrickej vodivosti sa volajú nevlastné (prímesové) polovodiče. **DIÓDOVÝ JAV** Medzi najdôležitejšie javy v polovodičoch, ktoré sa v praxi veľa využívajú, patria javy prebiehajúce na rozhraní dvoch polovodičov s rozličným typom vodivosti. Prechod *PN* - rozhranie dvoch polovodičov s rozličným typom vodivosti. V oboch častiach polovodičov je veľmi rozmanitá hustota voľných elektrónov a dier, vzniká difúzia voľných elektrónov z časti *N* do časti *P* a naopak, dier z časti *P* do časti *N*. V blízkosti rozhrania sa utvára prechod *PN* ako elektrická dvojvrstva s iónmi opačnej polarity. Vzniknuté elektrické pole zabraňuje ďalšej difúzii majoritných voľných častíc s nábojom. Oblasť prechodu *PN* je takmer bez voľných nabitých častíc - má veľký elektrický odpor. Prechod *PN* zapojený v priepustnom smere: Ak kladnú svorku zdroja pripojíme k polovodiču typu *P* a zápornú svorku k polovodiču typu *N*, elektrické pole prechodu *PN* je zoslabené elektrickým poľom zdroja napätia. Voľné elektróny a diery difundujú do oblasti prechodu. To sa prejavuje ako zmenšenie odporu prechodu PN. Elektrickým obvodom prechádza priepustný elektrický prúd. Prechod *PN* zapojený v závernom smere: Ak kladnú svorku zdroja pripojíme k polovodiču typu *N* a zápornú svorku k polovodiču typu *P*, oblasť prechodu *PN* sa ešte rozšíri, elektrický odpor prechodu PN sa zväčší. Elektrický odpor prechodu *PN* sa podstatne zväčší, obvodom prechádza veľmi malý záverný prúd tvorený iba menšinovými voľnými časticami. Jav závislosti elektrického odporu polovodiča s prechodom *PN* od polarity vonkajšieho zdroja napätia pripojeného k polovodiču sa nazýva diódový jav. Polovodič s prechodom *PN* nazývame polovodičová dióda. Rozličné typy polovodičových diód : Schematická značka polovodičovej diódy: laserdiodemoduleHS70HF080 **TRANZISTOROVÝ JAV** V komunikačnej technike pri prenose a spracovaní informácií majú striedavé prúdy veľký význam, označujú sa ako signály. Amplitúda striedavých prúdov je obvykle veľmi malá a v prijímacom zariadení, napr. rozhlasovom prijímači, treba amplitúdu signálov zväčšiť, tj. zosilniť signál. Základná polovodičová súčiastka, ktorá sa používa na zosilnenie signálu, je tranzistor. Tranzistorový jav: Veľmi malé napätie v obvode bázy vyvoláva prúd, ktorý je príčinou omnoho väčšieho prúdu v kolektorovom obvode. Nastáva zosilnenie prúdu.