POLOVODIČE Polovodiče jsou materiály ze 4. skupiny PT.

Prezentace na téma: "POLOVODIČE Polovodiče jsou materiály ze 4. skupiny PT."— Transkript prezentace:

1 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.

2 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.

3 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.

4 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.

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

6 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.

7 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.

8

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

10 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.

11 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.

12 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.

13 POLOVODIČOVÁ DIODA Polovodičová dioda polovodičová součástka obsahující jeden PN přechod

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

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

16 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

17 Tranzistor

18 OPTOELEKTRONIKA Světlo je elektromagnetické vlnění.
Rychlost c = 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.

19 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).

20 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).

21 Více na: