Číslo projektu
CZ.1.07/1.5.00/34.0581
Číslo materiálu
VY_32_INOVACE_ELT-1.EI-18-VODIVOST POLOVODICU
Název školy
Střední odborná škola a Střední odborné učiliště, Dubno
Autor
Ing. Jiří Zinek
Tematická oblast
Elektrotechnologie
Ročník
1. ročník
Datum tvorby
31. srpna 2012
Anotace
Příměsová vodivost polovodičů. Polovodič typu P. Polovodič typu N. Podpůrné učivo.
Pokud není uvedeno jinak, použitý materiál je z vlastních zdrojů autora
Příměsová vodivost polovodičů Příměsová vodivost polovodičů Příměsová vodivost je technicky využitelnou vodivostí polovodičů.
Počet volných nábojů v polovodiči lze zvýšit náhradou některých atomů v krystalové mřížce základního prvku atomy prvku s jinou mocností (vazností).
Příměsová vodivost polovodičů Příměsová vodivost polovodičů Do čtyřvazného křemíku je přidána příměs trojvazného nebo pětivazného prvku,
V místě přidání cizího prvku (příměsi) vzniknou potom tzv. poruchy krystalové mřížky.
Příměsová vodivost polovodičů Polovodič typu N Nahradíme-li v krystalové mřížce některé atomy čtyřvazného křemíku(Si) atomy pětivazného prvku např. antimonu (Sb),
tento příměsový pětivazný prvek se nazývá donor. Čtyři valenční elektrony antimonu se účastní kovalentních vazeb s elektrony křemíku a pátý valenční elektron bude jen
slabě vázán k jádru atomu.
Příměsová vodivost polovodičů Polovodič typu N
K přesunu tohoto pátého elektronu do vodivostního pásu proto stačí poměrně malá energie (0,04 eV). Tuto malou energii může elektron získat z okolní tepelné energie při běžné pokojové teplotě (okolo 20°C). Tento uvolněný elektron se pak jako vodivostní elektron může v krystalu volně pohybovat.
Příměsová vodivost polovodičů Polovodič typu N
Díra po něm má však pevnou polohu (nepohyblivý aniont). Tak vzniká mnoho vodivostních elektronů i děr. Krystal se jeví navenek neutrální.
Příměsová vodivost polovodičů Polovodič typu N obr.1
Příměsová vodivost polovodičů Polovodič typu N obr.2
Příměsová vodivost polovodičů Polovodič typu N Atomy pětivazného příměsového prvku jsou tedy dárci vodivostního elektronu (donory). Mezi další donory, používaných pro křemík, patří fosfor (P)
a arzen (As).
Příměsová vodivost polovodičů Polovodič typu N Přenos elektrických nábojů se v polovodiči dotovaném donorem uskutečňuje pomocí vodivostních elektronů tj. negativních (záporných nosičů elektrického náboje). Takový polovodič se proto nazývá typem N. Nosiči elektrického náboje v polovodiči typu N jsou volné
(vodivostní) elektrony.
Příměsová vodivost polovodičů Polovodič typu P Nahradíme-li v krystalové mřížce některé atomy čtyřvazného křemíku atomy trojvazného prvku (např. india In). Potom bude chybět v mřížce jeden elektron do jedné kovalentní vazby. V mřížce bude díra.
Atom trojvazné příměsi je tedy připraven přijmout elektron a nazývá se akceptor.
Příměsová vodivost polovodičů Polovodič typu P obr.3
Příměsová vodivost polovodičů Polovodič typu P Energetická hladina valenčního pásu india je v rozpětí zakázaného pásu křemíku, těsně nad úrovní jeho valenčního pásu. Při malé příjmu energie (0,16eV) se valenční elektrony křemíku snadno dostanou na volnou energetickou hladinu india.
Příměsová vodivost polovodičů Polovodič typu P obr.4
Příměsová vodivost polovodičů Polovodič typu P Do vzniklé díry v krystalové mřížce křemíku se může přemístit valenční elektron sousedního atomu křemíku a tím opět vznikne díra.
Takto postupně putuje díra krystalovou mřížkou křemíku. Atom india se přijetím elektronu stává nepohyblivým kationtem,
Navenek zůstává krystal neutrální.
Příměsová vodivost polovodičů Polovodič typu P K dalším akceptorům používaným pro křemík patří bór (B), hliník (Al) a galium (Ga). Přenos elektrických nábojů v tomto typu polovodiče se
uskutečňuje pomocí děr, tj. pozitivních (kladných) nosičů náboje. Proto se tento typ polovodiče označuje jako polovodič typu P.
Příměsová vodivost polovodičů Polovodič typu N a typu P Převažující nosiče elektrického náboje ( elektrony v polovodiči typu N a díry v polovodiči typu P) se nazývají majoritní (většinové) nosiče náboje. Menšinové nosiče náboje ( díry v polovodiči typu N a elektrony v polovodiči typu P) se nazývají minoritní nosiče náboje.
Použitá literatura:
HABERLE, H., B. GRIMM, G. HABERLE, W. PHILIPP, W. SHLEER, B. SCHLIEMANN, D. SCHNELL a D. SCHMID. Průmyslová elektrotechnika a informační technologie. Vydání první. Praha: Europa- Sobotáles, 2003. Technické vědy: TS 05, DT 621.3. ISBN 80-86706-04-4. včetně obr.1-4
