2.3 Elektrický proud v polovodičích ( 6 10 8 10 ) Ωm látky rozdělujeme na vodiče polovodiče izolanty ρ ρ ( 10 4 10 8 ) 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 10 10 Ωm
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 10 3 10 2 Ω Užití: regulace a měření osvětlení (expozimetr), ovlád. přístrojů (fotobuňka), zabezpeč. zařízení (muzea)
vlastní vodivost má např. čistý monokrystalický křemík Si 14-14 elektronů z toho 4 valenční - vazba se 4 sousedními atomy - při nízkých teplotách izolant - kolem 20 C vznik párů elektron díra 20 C 10 16 e - /m 3 300 C 1,8.10 19 e - /m 3 - generování párů elektron díra účinkem osvětlení = vnitřní fotoelektrický jev
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)
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-)
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
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
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
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.
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
Voltampérová charakteristika diody I/mA 300 250 200 150 100 50 0 0,0 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)
Využití diod usměrňování střídavého proudu ve stabilizačních obvodech (Zenerova d.) světelná signalizace nebo osvětlení (LED) přeměna světelné energie na elektrickou (fotodioda)
LED = light emitting diod luminiscenční dioda vyrábí se z arsenidu galia GaAs děje na P přechodu jsou provázeny vznikem viditelného nebo infračerveného záření
LED = light emitting diod -indikace stavu elektrozařízení -automobilové reflektory -dopravní světla a značení -velkoplošné obrazovky -čelovky, baterky -displej -počítačová myš
Fotodioda světlo pronikající k P přechodu generuje páry elektron-díra osvětlená fotodioda se stává zdrojem elektrického napětí výroba solárních (fotovoltaických) článků
Tranzistor je polovodičová součástka se dvěma P přechody typ P B C typ PP B C E P šipka ven E P P P
Tranzistorový jev P P V obou případech je vždy jeden z P přechodů zapojen v závěrném směru a tranzistorem proud neprochází.
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.
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
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