Je-li materiál polovodič, vede proud? VLASTNÍ POLOVODIČE aneb Je-li materiál polovodič, vede proud? PaedDr. Jozef Beňuška jbenuska@nextra.sk

Z hlediska vedení elektrického proudu rozdělujeme látky na: 1. vodiče kovy (r=10-6 W.m), elektrolyty (r=10-2 W.m), 2. izolanty bakelit, sklo (r=109 W.m) 10-2 W.m 109 W.m 3. polovodiče (r=10-2 W.m až 109 W.m) Si, Ge, C, Se, Te, PbS, hemoglobin, chlorofyl

Závislost měrného elektrického odporu (rezistivity) na teplotě kov V kovech se zvyšující se teplotou kmitající částice mřížky víc překážejí pohybu elektronů.

Závislost měrného elektrického odporu (rezistivity) na teplotě polovodič kov V polovodičích se zvyšující teplotou se zvětšuje hustota volných elektronů.

- Termistor I A Termistor je polovodičová součástka, která má velkou + I t A Termistor je polovodičová součástka, která má velkou teplotní závislost elektrického odporu.

Vodiče Izolanty kovy, obsahují velké množství volných elektronů uvolněných z valenčních sfér elektronových obalů. Izolanty neobsahují téměř žádné volné elektrony, téměř všechny elektrony jsou vázány k jádru.

Atomy Si a Ge mají ve valenční vrstvě 4 elektrony. Atom křemíku Atom germania Atomy Si a Ge mají ve valenční vrstvě 4 elektrony. + + Atomy se snaží seskupovat do krystalové mřížky tak, aby ve valenční vrstvě měly 8 elektronů.

Krystalová mřížka křemíku Si Si Si Každý atom je vázán se 4 sousedními atomy pomocí 4 vlastních valenčních elektronů a 4 valenčních elektronů, z nichž každý patří jednomu sousednímu atomu.

Krystalová mřížka křemíku Si Si Si Všechny valenční elektrony se podílejí na vazbě, v krysta- lové mřížce nejsou volné elektrony - křemík je izolant. Platí při nízkých teplotách a u chemicky čistého křemíku.

Krystalová mřížka křemíku při vyšších teplotách Si Kmity atomů vyvolají porušení vazeb, některé valenční elektrony se uvolní a vznikají volné elektrony. Uvolněním elektronů z vazby se z křemíku stává vodič.

Krystalová mřížka křemíku při vyšších teplotách Si + + + Uvolněním elektronů z vazby vznikne v mřížce prázdné místo - díra. Díra je místo s kladným nábojem, který získá z přebytku kladných nábojů atomového jádra.

Krystalová mřížka křemíku při vyšších teplotách Si + + + Vznik (generace) párů volný elektron - díra

Krystalová mřížka křemíku při vyšších teplotách Si + + + Jestliže některý z valenčních elektronů sousedních vazeb přeskočí na místo porušené vazby, díra zanikne. Zánik (rekombinace) párů volný elektron - díra

Zdánlivý pohyb děr po krystalu polovodiče Si Si Si Si + + Si Si + + + Si Si Si Některý z valenčních elektronů neporušených sousedních vazeb přeskočí na místo vazby porušené. Současně se objeví díra na jiném místě.

Počet volných elektronů v polovodičích můžeme zvyšovat zahříváním. Hustota volných elektronů a děr v čistém křemíku při běžné teplotě rd = re= 6,8.1016 m-3 Připojíme-li ke krystalu křemíku stejnosměrné napětí, začne obvodem procházet proud. Tato vodivost čistých polovodičů se nazývá vlastní vodivost polovodičů. Látky s touto vodivostí nazýváme vlastní polovodiče.

Test 1 V polovodičích se zvyšující teplotou se: a) zvětšuje hustota volných elektronů, b) zmenšuje hustota volných elektronů, c) nemění hustota volných elektronů, d) nemění jejich měrný elektrický odpor. 1

Test 2 Pod pojmem generace rozumíme: a) vznik volných děr, b) vznik volných elektronů, c) vznik párů volný elektron – díra, d) zánik párů volný elektron – díra. 2

Test 3 Pod pojmem rekombinace rozumíme: a) zánik volných děr, b) zánik volných elektronů, c) zánik párů volný elektron – díra, d) vznik párů volný elektron – díra. 3