POLOVODIČE Polovodiče jsou pevné látky, které jsou určitých okolností vodiči a za jiných okolností izolanty. Z hlediska využití v praxi jsou nejdůležitějšími polovodiči křemík Si, germanium Ge, bismut Bi a některé sloučeniny sulfid měďný Cu2S, arsenid galitý GaAs. Vodivost polovodičů závisí na teplotě, osvětlení a čistotě látky. Elektrický odpor polovodičů klesá s rostoucí teplotou a s rostoucím počtem nečistot – příměsí.

Křemík - Si Křemík je druhým nejrozšířenějším prvkem na Zemi. Je základním stavebním prvkem zemské kůry ( 25,7 %). V přírodě se vyskytuje ve sloučeninách, z nichž nejrozšířenější je křemen (SiO2 – oxid křemičitý). Čistý křemík se získává náročnými a nákladnými fyzikálně chemickými postupy. Polovodičové vlastnosti křemíku objevil v 1. polovině 19. století švédský vědec J.J. Berzelius.

Model vedení elektrického proudu v křemíku Atom křemíku má ve vnější vrstvě 4 elektrony. V krystalové mřížce je každý atom křemíku vázán s dalšími čtyřmi atomy křemíku pomocí těchto elektronů. Znamená to tedy, že neexistují volné částice ( elektrony ). Toto platí jen za velmi nízkých teplot. Při pokojových teplotách se vazebné elektrony uvolňují, po nich vznikne volné místo, tzv. volná díra, která se chová jako kladná částice. S rostoucí teplotou přibývá těchto volných částic. Si+ Si+ Si+ Si+ Volné elektrony a volné díry konají pohyb neuspořádaný. Působením elektrického pole se jejich pohyb změní na pohyb usměrněný.

Polovodič typu N Křemík s příměsí arsenu V každém reálném krystalu křemíku je určitý počet poruch (na některých místech krystalové mřížky chybí atom křemíku). Do těchto míst je možné umístit příměs – např. atom arsenu. Atom arsenu má ve vnější vrstvě 5 elektronů. 4 elektrony se budou podílet na vazbě se sousedními atomy křemíku a pátý se stane nadbytečným. Při normální pokojové teplotě bude mít krystal více volných elektronů než děr, tyto částice konají pohyb neuspořádaný. Vlivem elektrického pole se stane jejich pohyb usměrněný.

Polovodič typu P Křemík s příměsí india Atom india má ve vnější vrstvě 3 elektrony. 3 elektrony se budou podílet na vazbě se sousedními atomy křemíku a jedna pozice zůstane neobsazena – volná díra. Při normální pokojové teplotě bude mít krystal více volných děr než elektronů, tyto částice konají pohyb neuspořádaný. Vlivem elektrického pole se stane jejich pohyb usměrněný.

Vedení elektrického proudu v polovodičích Elektrický proud v polovodičích je tvořen usměrněným pohybem volných elektronů a děr jako volných částic s kladným elektrickým nábojem. Převládají-li v polovodiči volné elektrony, nazývá se polovodič typu N. Převládají-li v polovodiči volné díry, nazývá se polovodič typu P. Za velmi nízkých teplot polovodiče elektrický proud téměř nevedou.

Využití polovodičů Příklady polovodičových součástek: Polovodiče se staly základem moderního oboru elektrotechniky, který se nazývá polovodičová elektrotechnika. Příklady polovodičových součástek: Termistor – elektrický proud,který prochází termistorem je závislý na okolní teplotě. Fotorezistor – elektrický proud,který prochází fotorezistorem je závislý na světle.

Polovodičová dioda + - - + V řadě polovodičových součástek se využívá té části krystalu, v němž byl vytvořen ostrý přechod od polovodiče typu P k polovodiči typu N – tato část se nazývá přechod PN. Na vlastnostech tohoto přechodu je založena polovodičová dioda. Dioda je zapojena v závěrném směru, nepropouští elektrický proud. + - Při tomto zapojení se mezi vrstvou N a P vytvoří izolační vrstva – volné elektrony a volné díry se pohybují na opačné strany a elektrický proud neprochází. Dioda je zapojena v propustném směru, elektrický proud prochází. - +

Tranzistor – součástka, která je založena na vlastnostech přechodu PNP nebo NPN Tyristor - součástka se třemi přechody PN – slouží jako bezdrátová regulace proudu v obvodu. Integrované obvody – jsou základními kameny informační revoluce – zajišťují zpracování informací. KONEC LM