Polovodiče

 

Látky podľa vodivosti rozdeľujeme:

-         vodiče (meď, hliník, zinok, volfrám)

-         nevodiče (sklo, sľuda, olej, keramika)

-         polovodiče (kremík, germánium, selén)

 

Charakteristické znaky polovodičov: vodivosť polovodičov s rastúcou teplotou stúpa a podstatne závisí od prítomnosti cudzích prvkov ( prímesí ) v kryštálovej mriežke polovodiča.

 

 

Vlastný polovodič – chemicky čistý polovodič

 

Čistý Si alebo Ge neobsahuje žiadne atómy iných prvkov. Atómy Si alebo Ge sú štvormocné prvky (majú 4 valenčné elektróny) pravidelne usporiadané v kryštálovej mriežke. Ich kryštálová štruktúra je priestorový útvar. Pre znázornenie však používame jednoduchšie rovinné zobrazenie. Dvojica susediacich atómov má vždy dva spoločné elektróny (kovalentná väzba). Chemicky čistý polovodič teda nemá voľné elektróny. Pri nízkych teplotách správa ako izolant. Pri vyšších teplotách valenčné elektróny získajú energiu a niektoré elektróny opustia valenčné pásmo. Prázdne miesto, ktoré vznikne uvoľnením elektrónu sa nazýva diera. Diera má vlastnosti kladného elektrického náboja, avšak nepredstavuje zvláštnu časticu, akou je napríklad elektrón. Elektrón prechádzajú do vodivostného pásma. Po pripojení vonkajšieho zdroja napätia polovodičom tečie elektrický prúd. Atóm, ktorý stratil elektrón sa stáva kladným iónom. Chce si doplniť valenčnú sféru na plný počet. "Vytrhne" elektrón zo susedného atómu. Vzniká postupné "premiestňovanie diery". "Tok dier" prebieha opačným smerom ako tok elektrónov.

 

 

Nevlastný polovodič

Elektrické vlastnosti polovodiča môžeme upravovať pomocou prímesí. Časť atómov kryštálovej mriežky čistého polovodiča sa nahradí atómmi prímesí. Na tento účel sú najvhodnejšie "susedné" prvky polovodičov, t. j. 3. a 5. skupiny:

3. skupina (trojmocné prvky)   Bór(B), hliník(Al), gálium(Ga), indium(In)        Akceptory

5. skupina (päťmocné prvky)   Fosfor(P), arzén(As), antimón(Sb), bizmut(Bi) Donory


Prímes donorov – 5 valenčné elektróny vytvoria 4 väzby s okolitými atómmi. Teda 1 elektrón zostáva neobsadený kovalentnou väzbou, t.j. nie je viazaný žiadnym susedným atómom. Na jeho odtrhnutie stačí malá energia. Po odtrhnutí tohto elektrónu sa vytvorí kladný ión. Pri teplote 300 K sa nachádzajú tieto elektróny vo vodivostnom pásme. Polovodič dotovaný 5-mocným prvkom má oproti vlastnému polovodiču nadbytok elektrónov. Elektróny sa nazývajú väčšinovými - majoritnými nosičmi prúdu. Elektrón má záporný (negatívny) elektrický náboj; preto tieto polovodiče nazývame polovodičmi typu N.

 

Prímes akceptorov - 3 valenčné elektróny vytvoria len 3 väzby s okolitými atómmi. Teda nie je vytvorená 1 valenčná väzba. V materiály vzniká nadbytok dier. Vlastná vodivosť je dierová, "pozitívna", čiže hovoríme o vzniku polovodiča typu P.

 

Koncentrácia prímesí býva orientačne 1.10E + 15 atómov/cm3.