Elektrický proud v polovodičích

Transkript

1 Elektrický proud v polovodičích

2 Polovodič Látka, jejíž měrný elektrický odpor je při obvyklých teplotách mnohem menší než u izolantů, ale zase mnohem větší než u kovů.

3 Polovodič Látka, jejíž měrný elektrický odpor je při obvyklých teplotách mnohem menší než u izolantů, ale zase mnohem větší než u kovů. Kovy... r W m Izolanty... r W m Polovodiče... r W m

4 Polovodič Látka, jejíž měrný elektrický odpor je při obvyklých teplotách mnohem menší než u izolantů, ale zase mnohem větší než u kovů. Kovy... r W m Izolanty... r W m Polovodiče... r W m Příklady: křemík (Si), germanium (Ge), selen (Se), telur (Te), uhlík - grafit (C), některé sloučeniny (PbS, CdS, GaAs, atd.) křemík germanium grafit

5 Model vodivosti v čistém polovodiči (vlastní vodivost) Při nízkých teplotách jsou atomy vázány prostřednictvím vazebných elektronů, nejsou zde téměř žádné volné nosiče náboje. Polovodič se chová téměř jako izolant.

6 Model vodivosti v čistém polovodiči (vlastní vodivost) Při vyšších teplotách (např. již při pokojové teplotě) se některé elektrony uvolňují z vazeb a pohybují se volně podobně jako v kovu. V místě, odkud se elektron uvolnil, vznikne oblast s nedostatkem záporného (a tedy s přebytkem kladného) náboje díra.

7 Model vodivosti v čistém polovodiči (vlastní vodivost) Díry se mohou rovněž chovat jako volné nosiče náboje. Elektrony ze sousedních atomů mohou zaplňovat díry. Výsledek je stejný, jako by se kladné díry pohybovaly opačným směrem.

8 Model vodivosti v čistém polovodiči (vlastní vodivost) Díry se mohou rovněž chovat jako volné nosiče náboje. Elektrony ze sousedních atomů mohou zaplňovat díry. Výsledek je stejný, jako by se kladné díry pohybovaly opačným směrem.

9 Model vodivosti v čistém polovodiči (vlastní vodivost) Díry se mohou rovněž chovat jako volné nosiče náboje. Elektrony ze sousedních atomů mohou zaplňovat díry. Výsledek je stejný, jako by se kladné díry pohybovaly opačným směrem.

10 Model vodivosti v čistém polovodiči (vlastní vodivost) Díry se mohou rovněž chovat jako volné nosiče náboje. Elektrony ze sousedních atomů mohou zaplňovat díry. Výsledek je stejný, jako by se kladné díry pohybovaly opačným směrem.

11 Užití čistých polovodičů Fotorezistor Elektrony a díry vznikají účinkem světelného záření. Čím více je fotorezistor osvětlen, tím menší má odpor. schematická značka Využití: ovládání dveří, zabezpečovací zařízení, expozimetry ve fotoaparátech, atd. fotorezistor

12 Model vodivosti v polovodiči s příměsí Elektronová vodivost polovodič typu N: Do krystalové mřížky polovodiče je přidána příměs prvku s větším počtem valenčních elektronů (např. do křemíku se čtyřmi valenčními elektrony je přidán fosfor, astat nebo antimon s pěti).

13 Model vodivosti v polovodiči s příměsí Elektronová vodivost polovodič typu N: Do krystalové mřížky polovodiče je přidána příměs prvku s větším počtem valenčních elektronů (např. do křemíku se čtyřmi valenčními elektrony je přidán fosfor, astat nebo antimon s pěti). Čtyři valenční elektrony se zapojí do vazby se sousedními atomy, pátý je velmi slabě vázán a již při nízkých teplotách se uvolňuje a volně pohybuje krystalem.

14 Model vodivosti v polovodiči s příměsí Děrová vodivost polovodič typu P: Do krystalové mřížky polovodiče je přidána příměs prvku s menším počtem valenčních elektronů (např. do křemíku se čtyřmi valenčními elektrony je přidán bór, hliník, galium nebo indium se třemi).

15 Model vodivosti v polovodiči s příměsí Děrová vodivost polovodič typu P: Do krystalové mřížky polovodiče je přidána příměs prvku s menším počtem valenčních elektronů (např. do křemíku se čtyřmi valenčními elektrony je přidán bór, hliník, galium nebo indium se třemi). Všechny tři valenční elektrony se zapojí do vazby se sousedními atomy, jedna vazba zůstane neobsazená vzniká díra.

16 P N přechod Spojení polovodičů typu P a N N P

17 P N přechod Spojení polovodičů typu P a N

18 Polovodičová dioda Součástka s jedním P-N přechodem

19 Polovodičová dioda Součástka s jedním P-N přechodem Zapojení v závěrném směru elektrony jsou přitahovány kladným pólem zdroje, díry jsou přitahovány záporným pólem. Nosiče náboje se tedy ještě více vzdalují od P-N přechodu hradlová vrstva se zvětšuje.

20 Polovodičová dioda Součástka s jedním P-N přechodem Zapojení v závěrném směru elektrony jsou přitahovány kladným pólem zdroje, díry jsou přitahovány záporným pólem. Nosiče náboje se tedy ještě více vzdalují od P-N přechodu hradlová vrstva se zvětšuje. Odpor diody je velmi vysoký, proud obvodem téměř neprochází.

21 Polovodičová dioda Součástka s jedním P-N přechodem

22 Polovodičová dioda Součástka s jedním P-N přechodem Zapojení v propustném směru elektrony i díry jsou vtlačovány do prostoru P-N přechodu hradlová vrstva se zmenšuje, při větším napětí zaniká.

23 Polovodičová dioda Součástka s jedním P-N přechodem Zapojení v propustném směru elektrony i díry jsou vtlačovány do prostoru P-N přechodu hradlová vrstva se zmenšuje, při větším napětí zaniká. Nosiče náboje jsou v celém objemu diody, odpor se výrazně snižuje, proud obvodem prochází.

24 Polovodičová dioda Součástka s jedním P-N přechodem schematická značka diody Využití: usměrňování střídavého proudu, ochrana proti náhodnému přepólování zdroje.