Polovodič
Z Wikipedie, otevřené encyklopedie
Polovodič je pevná látka, jejíž elektrická vodivost závisí na vnějších nebo vnitřních podmínkách, a dá se změnou těchto podmínek snadno ovlivnit. Změna vnějších podmínek znamená dodání některého z druhů energie - nejčastěji tepelné nebo světelné, změnu vnitřních podmínek představuje příměs jiného prvku v polovodiči.
Mezi polovodiče patří prvky křemík, germanium, selen, sloučeniny arsenid galia GaAs, sulfid olovnatý PbS, ad. Většina polovodičů jsou krystalické látky, existují však také polovodiče amorfní.
Obsah |
[editovat] Elektrony a kladné díry
Z hlediska částic se při dodávání energie polovodiči jedná o uvolňování elektronů z blízkosti jader atomů - excitaci. Velikost excitační energie se u polovodičů pohybuje mezi hodnotami této energie u vodičů a izolantů. Volné elektrony způsobují tzv. elektronovou vodivost.
Zároveň s uvolněným elektronem vzniká na jeho původním místě tzv. kladná díra - místo, které vykazuje kladný elektrický potenciál. Kladné díry se mohou přemisťovat pomocí přeskoků elektronů a tento pohyb způsobuje tzv. děrovou vodivost. Směr pohybu kladných děr je opačný ke směru pohybu elektronů a celkový elektrický proud v polovodiči se rovná součtu proudu způsobeného elektrony a proudu způsobeného kladnými dírami.
Může také dojít k zaplnění díry elektronem při současném uvolnění energie, a tím k zániku dvojice volný elektron - kladná díra. Tento děj se nazývá rekombinace.
[editovat] Závislost vodivosti a odporu na teplotě
Vodivost, resp. odpor polovodičů závisí na teplotě. S rostoucí teplotou se zvyšuje vodivost, resp. snižuje odpor polovodičů. To lze vysvětlit větším počtem uvolněných elektronů při zvýšeném tepelném pohybu.
Změnu odporu ΔR na teplotě popisuje vztah ΔR = R0.α.Δt , kde R0 je počáteční odpor polovodiče, α je teplotní součinitel odporu (záporná hodnota), Δt je rozdíl teplot.
Závislost vodivosti a odporu na teplotě odlišuje polovodiče od kovů, u kterých je tato závislost opačná (hodnota α je u kovů kladná).
[editovat] Polovodiče s vlastní vodivostí
V polovodičích s vlastní vodivostí se zvyšuje vodivost (snižuje elektrický odpor) dodáním energie zvnějšku. Vlastní polovodiče se používají jako termistory - odpor je ovlivňován teplem, nebo fotorezistory - odpor ovlivňuje intenzita osvětlení, příp. jiného záření.
[editovat] Příměsové polovodiče
Volné elektrony, resp. kladné díry lze do polovodiče dostat také pomocí příměsí. I malé množství příměsi (10-5) může vést k dostatečně velkému zvětšení vodivosti.
[editovat] Polovodič typu N
Je-li příměsí prvek obsahující více valenčních elektronů než základní složka polovodiče, pak v polovodiči je přebytek elektronů, vzniká elektronová vodivost. Polovodič se označuje jako negativní - typu N.
Příkladem polovodiče typu N je křemík s příměsí fosforu nebo arsenu.
[editovat] Polovodič typu P
Jestliže příměs obsahuje méně valenčních elektronů než základní složka polovodiče, pak v polovodiči je nedostatek elektronů a vznikají kladné díry, způsobující děrovou vodivost. Polovodič se označuje jako pozitivní - typu P.
Příkladem polovodiče typu P je germanium s příměsí boru nebo galia.
[editovat] Minoritní nosiče nábojů
Oba typy příměsových polovodičů kromě svých většinových (majoritních) nosičů elektrického náboje obsahují i menší počet opačně nabitých menšinových nosičů (minoritních), které jsou v polovodičových součástkách většinou nežádoucí. Jejich množství závisí na teplotě, proto příměsové polovodiče mívají teplotně omezený rozsah správné činnosti.
[editovat] Použití příměsových polovodičů
Příměsové polovodiče se používají v polovodičových součástkách, především v polovodičové diodě a tranzistoru, kde zásadní úlohu hraje přechod P-N.
