9.8 Prúd v polovodičoch

Polovodiče zahrňujú v súčasnosti širokú škálu anorganických nekovových materiálov a objavili sa aj organické polovodiče. Nebudeme sa podrobne zaoberať mechanizmom elektrickej vodivosti polovodičov, ani ich použitím v rôznych elektrotechnických súčiastkach. Uvedieme len toľko, že nosičmi náboja sú elektróny, ktoré sa uvoľňujú v dôsledku tepelných kmitov. To znamená, že s rastúcou teplotou rastie vodivosť polovodiča, pretože rastie koncentrácia voľných nosičov náboja (poznámka: elektróny môžu byť uvoľnené aj iným spôsobom, napr. osvetlením).

Polovodiče sa delia na polovodiče typu N a typu P. V type N je mechanizmus vodivosti podobný ako u kovov: nosičmi náboja sú voľné elektróny, ktoré môžu v elektrickom poli prekonávať väčšie vzdialenosti. V type P sú vytvorené neobsadené väzby v uzloch mriežky, ktoré nazývame dierami a ktoré sa javia ako kladné. V elektrickom poli sa diera obsadzuje elektrónom od susedného uzla, čím sa v tomto uzle vytvorí diera. Diera sa takto posúva v smere elektrického poľa ako fiktívny nosič kladného elektrického náboja.

Konduktivita polovodiča závisí od teploty podľa vzťahu

, (9.8.1)

kde DE je najmenšia energia, ktorú musíme elektrónu (ktorý je na najvzdialenejšej dráhe v atóme) dodať, aby sa uvoľnil (táto veličina sa nazýva šírka zakázaného pásma, je to materiálová konštanta), k je Boltzmannova konštanta a s₀ je veličina, ktorá slabo závisí od teploty. Ďalšie vysvetľovanie si vyžaduje vedomosti, ktoré sú mimo tohto kurzu fyziky.

Kontrolné otázky:

1. K zdroju napätia je pripojený kovový rezistor a  k nemu paralelne zapojený polovodičový rezistor. V oboch vetvách sú ampérmetre. Pri nejakom napätí zdroja oba prúdy sú rovnaké. Potom napätie zvýšime. Ostanú prúdy rovnaké?

2. Mohli by sme polovodičový rezistor použiť ako teplomer? Ak áno, akú schému zapojenia by ste použili?

3. Šírka zakázaného pásma sa dá vypočítať z experimentálne získaných dvojíc: odpor polovodičového rezistora a teplota. Ukážte ako sa to dá urobiť vychádzajúc z (9.8.1).