2.3 Elektrický proud v polovodičích

Transkript

1 2.3 Elektrický proud v polovodičích ( ) Ωm látky rozdělujeme na vodiče polovodiče izolanty ρ ρ ( ) Ωm odpor s rostoucí teplotou roste odpor nezávisí na osvětlení nebo ozáření odpor s rostoucí teplotou klesá odpor s rostoucí intenzitou osvětlení klesá příměsi zvyšují jejich vodivost Si; Ge; Se; Te; C; PbS; CdS; GaAs; ρ Ωm

2 2.3.1 Vlastní polovodiče termistor fotorezistor A teplotně závislý rezistor ze směsi oxidů např, Fe 2 O 3, TiO 2, CuO, io aj. s rostoucí teplotou se snižuje odpor a roste proud Užití: měření a regulace teploty, stabilizace el. obvodů, měření rychlosti průtoku kapaliny A rezistor zhotovený nejčastěji z CdS, jehož odpor je závislý na osvětlení s osvětlením se snižuje odpor a roste proud neosvětlený má odpor 10 6 Ω po osvětlení klesá na Ω Užití: regulace a měření osvětlení (expozimetr), ovlád. přístrojů (fotobuňka), zabezpeč. zařízení (muzea)

3 vlastní vodivost má např. čistý monokrystalický křemík Si elektronů z toho 4 valenční - vazba se 4 sousedními atomy - při nízkých teplotách izolant - kolem 20 C vznik párů elektron díra 20 C e - /m C 1, e - /m 3 - generování párů elektron díra účinkem osvětlení = vnitřní fotoelektrický jev

4 2.3.2 Příměsové polovodiče - vznikají přidáním malého množství příměsi do vlastního polovodiče (Si, Ge..) - isou vodivé za každé teploty polovodič typu příměs z 5. skupiny (P, As, Sb) = donor 1 valenční e - se neuplatní při vazbě je volný při libovolné teplotě elektronová vodivost (počet e - > počet děr)

5 polovodič typu P příměs ze 3. skupiny (B, Al, Ga, In) = akceptor 1 valenční e- chybí pro vazbu vzniká díra děrová vodivost (počet děr > počet e-)

6 Polovodič v elektrickém poli volné elektrony se pohybují směrem k a obsazují přitom díry díry se pohybují směrem k Elektrický proud v polovodičích je uspořádaný pohyb volných elektronů a děr. Platí: I = I e I d

7 Polovodičová dioda je polovodičová součástka s jedním P přechodem P V praxi se P přechod vytváří např. sléváním: na křemíkovou destičku typu se položí kousek hliníku a zahřeje na teplotu t AL < t < t Si, atomy hliníku proniknou do krystalu a vytvoří malou oblast typu P

8 Polovodičová dioda E E je polovodičová součástka s jedním P přechodem P a rozhraní P se vytvoří tzv. HRADLOVÁ VRSTVA s intenzitou, která zabrání v přecházení dalším elektronům. (tloušťka hradlové vrstvy asi 1 µm) E

9 Diodový jev svítí P P nesvítí Dioda je zapojena v PROPUSTÉM SMĚRU, dioda propouští elektrický proud. Dioda je zapojena v ZÁVĚRÉM SMĚRU, dioda nepropouští elektrický proud.

10 Diodový jev vysvětlení P P E E vnější elektrické pole hradlovou vrstvu zruší obvodem prochází elektrický proud vnější elektrické pole hradlovou vrstvu posílí obvodem prochází jen nepatrný proud menšinových nosičů

11 Voltampérová charakteristika diody I/mA ,0 0,5 1,0 1,5 2,0 2,5 U/V U F0 prahové napětí I FM nejvyšší hodnota proudu při trvalém zatížení (udává výrobce) U BR průrazné napětí (v závěrném směru nesmí být překročeno)

12 Využití diod usměrňování střídavého proudu ve stabilizačních obvodech (Zenerova d.) světelná signalizace nebo osvětlení (LED) přeměna světelné energie na elektrickou (fotodioda)

13 LED = light emitting diod luminiscenční dioda vyrábí se z arsenidu galia GaAs děje na P přechodu jsou provázeny vznikem viditelného nebo infračerveného záření

14 LED = light emitting diod -indikace stavu elektrozařízení -automobilové reflektory -dopravní světla a značení -velkoplošné obrazovky -čelovky, baterky -displej -počítačová myš

15 Fotodioda světlo pronikající k P přechodu generuje páry elektron-díra osvětlená fotodioda se stává zdrojem elektrického napětí výroba solárních (fotovoltaických) článků

16 Tranzistor je polovodičová součástka se dvěma P přechody typ P B C typ PP B C E P šipka ven E P P P

17 Tranzistorový jev P P V obou případech je vždy jeden z P přechodů zapojen v závěrném směru a tranzistorem proud neprochází.

18 Tranzistorový jev B C E Po připojení báze ke zdroji napětí se tranzistor OTEVŘE. Malým proudem v obvodu (báze emitor) se uzavírá obvod (kolektor emitor) s velkým proudem. Tranzistor pracuje jako zesilovač proudu.

19 Teplotní čidlo t B C E - při zvyšování teploty klesá odpor termistoru, tranzistor se zavře, žárovka zhasne - po zchladnutí termistoru se žárovka znovu rozsvítí Využití: v obvodech, kde je třeba hlídat teplotu např. při vytápění objektů

20 Automatické osvětlení B C E - při zatmívání fotorezistoru roste jeho odpor, tranzistor se otevře, žárovka se rozsvítí - při osvětlení fotorezistoru, klesá jeho odpor, tranzistor se zavře, žárovka zhasne Využití: noční osvětlení schodiště, samočinné veřejné osvětlení ulic a budov po setmění