Download presentation
Презентация загружается. Пожалуйста, подождите
1
Orbis pictus 21. století Tato prezentace byla vytvořena v rámci projektu
2
Vodivost polovodičů OB21-OP-EL-ZEL-JANC-L-3-018
3
Polovodič je pevná látka, jejíž elektrická vodivost závisí na vnějších nebo vnitřních podmínkách, a dá se změnou těchto podmínek snadno ovlivnit. Změna vnějších podmínek znamená dodání některého z druhů energie – nejčastěji tepelné, elektrické nebo světelné, změnu vnitřních podmínek představuje příměs jiného prvku v polovodiči. Mezi polovodiče patří prvky křemík, germanium, selen, sloučeniny arsenid galia GaAs, sulfid olovnatý PbS aj. Většina polovodičů jsou krystalické látky, existují však také polovodiče amorfní (některá skla).
4
Vodivost polovodičů Obr. 1 Kovalentní vazba křemíku – polovodič s vlastní vodivostí Atomy čistých polovodičů jsou v krystalu vázány kovalentní vazbou, která se vytváří čtyřmi valenčními elektrony se čtyřmi elektrony nejbližších atomů (viz obr 1). Při teplotě 0° K (tj. - 273,16 °C) je čistý křemík izolantem, poněvadž nemá volné elektrony.
5
Vodivost polovodičů Zahřeje-li se křemík na vyšší teplotu, např. 20° C, poruší se vazby mezi dvěma sousedními atomy. Elektron získá zahřátím takovou energii, že je schopen překonat vazební síly, které ho poutají k jádru, opustí své místo a začne se pohybovat v krystalové mřížce. Odpoutáním elektronu od atomu se poruší jeho neutralita, vznikne tzv. kladná díra – místo, které vykazuje kladný elektrický potenciál. Tento jev nenastává jenom v jednom atomu, ale ve velkém množství atomů.
6
Vodivost polovodičů Přiložíme-li na polovodič elektrické napětí, vytvoří se tok volných elektronů, vznikne elektrický proud. Kladné díry se mohou přemisťovat pomocí přeskoků elektronů a tento pohyb způsobuje tzv. děrovou vodivost. Směr pohybu kladných děr je opačný ke směru pohybu elektronů a celkový elektrický proud v polovodiči se rovná součtu proudu způsobeného elektrony a proudu způsobeného kladnými děrami.
7
Vodivost polovodičů Při pohybu odpoutaného elektronu se může stát, že elektron odpoutaný od jednoho atomu zapadne do díry v jiném atomu. Atom, který znovu přijme elektrony, se stává neutrálním. Tomuto jevu říkáme rekombinace elektronu s dírou. Počet volných elektronů je stále roven počtu kladných děr, takže nositeli elektrického proudu jsou jak elektrony, tak i díry. Takový polovodič nazýváme polovodič s vlastní vodivostí. Volné elektrony, resp. kladné díry lze do polovodiče dostat také pomocí příměsí. I malé množství příměsi (tisíciny procenta) může vést k dostatečně velkému zvětšení vodivosti. Této vodivosti říkáme nevlastní vodivost.
8
Vodivost polovodičů Obr. 2 Křemík znečištěný fosforem
9
Vodivost polovodičů Nahradíme-li např. atom křemíku atomem fosforu (obr. 2), který je pětimocným prvkem, zúčastní se kovalentní vazby se sousedními atomy křemíku pouze 4 valenční elektrony. Pátý, přebytečný valenční elektron je sice přitahován kladným nábojem jádra atomu fosforu, ale vlivem elektronů okolních atomů křemíku je tato přitažlivá síla menší. Při zahřátí polovodiče se přebytečný elektron snadno uvolní a pohybuje se potom jako volný elektron v krystalové mřížce. Atom fosforu přispívá tedy jedním elektronem ke vzniku elektrického proudu, a proto se nazývá donorem (latinsky donor = dárce).
10
Vodivost polovodičů Jakmile ztratí donor svůj pátý elektron, vytvoří se v krystalové mřížce nepohyblivý iont. Při normální teplotě jsou všechny atomy fosforu, tzv. příměsné atomy, ionizovány a uvolněné elektrony vytvářejí nevlastní čili příměsnou vodivost. V takovémto polovodiči převládají elektrony vlastní a nevlastní vodivosti nad dírami vlastní vodivosti. Polovodič tohoto typu proto označujeme jako polovodič typu N (negativní).
11
Vodivost polovodičů Obr. 3 Křemík znečištěný bórem
12
Vodivost polovodičů Je-li křemík znečištěn některým trojmocným prvkem, např. bórem, nemůže nastat kovalentní vazba se sousedními atomy křemíku z nedostatku jednoho elektronu (obr. 3). Toto neobsazené místo v kovalentní vazbě se při zvýšené teplotě snadno doplňuje elektronem od sousedního atomu křemíku, ve kterém vznikne kladná pohyblivá díra, neboť při průtoku elektrického proudu dochází k rekombinaci páru díra – elektron.
13
Vodivost polovodičů Elektron přijatý atomem bóru poruší jeho neutralitu a v krystalové mřížce se objeví nepohyblivý záporný iont. Bóru a příměsím tohoto druhu říkáme akceptory (latinsky akceptor = příjemce). Vytvářejí také nevlastní vodivost polovodiče. Ale protože elektrony vlastní vodivosti jsou nad kladnými dírami vlastní i nevlastní vodivosti v menšině. Tento typ polovodiče označujeme písmenem P (pozitivní).
14
Vodivost polovodičů Oba typy příměsových polovodičů kromě svých většinových (majoritních) nosičů elektrického náboje obsahují i menší počet opačně nabitých menšinových nosičů (minoritních), které jsou v polovodičových součástkách většinou nežádoucí. Jejich množství závisí na teplotě, proto příměsové polovodiče mívají teplotně omezený rozsah správné činnosti.
15
Děkuji za pozornost Ing. Ladislav Jančařík
16
Literatura J. Kubrycht, R. Musil, L. Voženílek: Elektrotechnika pro 1. ročník učebních oborů elektrotechnických, SNTL Praha 1980 V. Suchánek: Dioda, tranzistor a tyristor názorně, SNTL Praha 1983 http://www.wikipedia.org http://www.wikipedia.org
Similar presentations
© 2024 SlidePlayer.cz Inc.
All rights reserved.