POLOVODIČE Polovodiče jsou materiály ze 4. skupiny PT. Každý atom má 4 vazby, pomocí kterých se váže na sousední atomy. V čistém polovodiči nejsou volné elektrony, proto vodí špatně elektrický proud. Při teplotě blízké absolutní nule se polovodič chová jako izolant. Při běžné provozní teplotě se polovodič chová také jako izolant.

Teprve po dosažení tzn. kritické teploty se polovodič se pak stává vodivým. Monokrystal prvku musí mít dokonalou a pravidelnou strukturu krystalové mřížky a nesmí obsahovat téměř žádné nečistoty. Vodivost polovodičů lze velmi ovlivnit příměsemi nebo jinými vlivy, např. světlem, elektrickým polem nebo magnetickým polem.

Polovodič typu P - má příměs prvku, akceptoru, který má o jeden valenční elektron méně než základní polovodič. Pro křemík jsou akceptory prvky III skupiny, nejčastěji bór B. Vodivost polovodiče P je způsobena pohybem děr po valenčních elektronech - děrová vodivost. Polovodič typu N - má příměs prvku, donoru, který má o jeden valenční elektron více než základní polovodič. Pro křemík je donorem nejčastěji fosfor P. Vodivost polovodiče N je způsobena pohybem přebytečných valenčních elektronů - elektronová vodivost.

Vlastní vodivost polovodičů Při pokojové teplotě kmitají atomy Si neuspořádaně kolem svých rovnovážných poloh . Tim se některé kovalentní vazby rozpadnou. Jednotlivé valenční elektrony se vzdálí od svých atomů a volně se pohybují uvnitř krystalu . Napětí připojené na polovodičový krystal vytvoří elektrické pole, které pak unáší elektrony od mínus pólu k plus pólu. Jakmile se nějaký valenční elektron vzdálí ze své pozice jako volný elektron, vznikne po něm mezera, zvaná díra nebo P-elektron. Valenční elektron sousední vazby totiž může tuto díru zaplnit, pokud je přítomno elektrické pole. Na místě, ze kterého se přesunul, vznikne pak opět díra. Díra se pohybuje celým krystalem.

Nevlastní vodivost polovodičů Přidáním nepatrného množství příměsi do taveniny čistého polovod.materiálu stoupne enormně vodivost polovodičového krystalu. Př.: jediný atom trojvazného B na 100.000 atomů Si zvětší 1000x vodivost. Přidání cizích atomů (Al,P) do čistého polovodičového materiálu nazýváme dotování polovodičů (legování, znečišťování). Dotované polovodiče nazýváme nevlastními polovodiči.

ROZDĚLENÍ Elementární: Ge, Si (Se, Te) Sloučeninové: SiC Tuhé roztoky polovodičových sloučenin Oxidické: Cu2O, ZnO, ferity, granáty, feroelektrika Dále se používá celá řada elementárních prvků i chemických sloučenin.

KŘEMÍK Výroba polovodičových prvků - tranzistorů, diod, tyristorů, integrovaných obvodů, mikroprocesorů, paměťových prvků . křemíkové součástky vydrží teploty až do 150 °C (oproti 75 °C u Ge) při vysoké teplotě se křemík pokryje vrstvičkou oxidu Si02, který dobře izoluje vyšší spolehlivost a životnost součástek než Ge GERMANIUM Aplikace pro vysokofrekvenční polovodivé součástky.

Přechod PN PN přechod je oblast na rozhraní příměsového polovodiče typu P a polovodiče typu N.

Vytvoření přechodu PN Sléváním (legováním) – na povrch základní destičky s jedním typem vodivosti se přiloží maska s otvorem v místě přechodu. Do otvoru se vloží potřebné množství polovodiče s opačným typem vodivosti. Celek se zahřeje a dojde k zatavení. V propustném směru - přechod PN propouští elektrický proud. V závěrném směru - přechod PN nepropouští elektrický proud.

Vyprázdněná oblast v příměsovém polovodiči typu N - přebytek volných elektronů v polovodiči typu P - přebytek kladných děr spojení těchto polovodičů (P a N) - rekombinace elektronu s kladnou dírou = zánik volných nosičů nábojů v oblasti určité šířky. Tato oblast se nazývá vyprázdněná oblast, velikost v μm.

Vytvoření vyprázdněné oblasti = porušení rovnováhy el. nábojů. V části N - úbytek volných elektronů, převládá kladný náboj. V části P - úbytek děr, převládá záporný náboj. Nepohyblivé ionty zapříčiní vznik elektrického pole na přechodu PN, vzniká difúzní napětí. Difúzní napětí - různé pro různé materiály polovodičů. Přechod v Ge 0,2 V. Přechod v Si 0,56 V - křemíkové diody se otevírají v propustném směru po překonání difúzního napětí 0,56 V. Přechod v arzenidu galia 1,3 V.

POLOVODIČOVÁ DIODA Polovodičová dioda polovodičová součástka obsahující jeden PN přechod

Přechod PN v propustném směru Dioda v propustném směru je zapojena: na anodě - kladné napětí na katodě - záporné napětí

Přechod PN v závěrném směru elektrický proud neprochází diodou a obvodem - volné nosiče náboje ( volné elektrony a kladné díry) neprojdou přes PN přechod

Další součástky s jedním PN přechodem Ledka je dioda, která zapojena v propustném směru, svítí. Využití: kontrolky u spotřebičů, blikající hračky, blikačky pro cyklisty Fotodioda se při osvětlení stává zdrojem stejnosměrného napětí. Využití: sluneční články

Tranzistor

OPTOELEKTRONIKA Světlo je elektromagnetické vlnění. Rychlost c = 3 . 108 m/s Jedná se o EM vlnění velmi vysoké frekvence, na které můžeme modulátorem na vysílací straně modulovat elektrický signál. Světlo se šíří světlovodem, na kratší vzdálenosti - dálkové ovládání spotřebičů, i volným prostorem. Na přijímací straně je detekováno a přeměněno na optický signál. Vzniká optický spoj.

Vlnová délka viditelného světla - 470 až 860 nm. Pro optický přenos - výhodnější infračervené záření o vlnové délce 1000 nm, při které je minimální útlum, minimální rušení a jsou k dispozici zdroje záření (LED, laser) a vhodné fotodetektory (fotodioda). ZDROJE SVĚTLA SVĚTELNÉ DIODY (Light Emitting Diode) - při provozu zapojeny v propustném směru. Světlo vzniká při rekombinaci (přeskoku elektronu z vodivostního do valenčního pásu).

Pro oblast viditelného záření - použit fosfit galia GaP a GaAsP. Použitý materiálu určuje barvu světla LED. Zelené, žluté a červené LED (prahové napětí 1,6 až 2 V), modré a bílé (prahové napětí 2,5 až 3 V). Dvoubarevné LED - červená zelená Trojbarevné LED - červená, zelená, 2x modrá Diody se umisťují do pouzder z plastů. U LED je důležitý i vyzařovací úhel - bodovky a rozptylky, a svítivost (v milicandelách).

Více na: https://www.youtube.com/watch?v=P138KQn-SQ4