PaedDr. Jozef Beňuška j benuska @nextra.sk

1. NEVLASTNÉ POLOVODIČE alebo Ako prímes zmení elektrické vlastnosti látky PaedDr. Jozef Beňuška jbenuska@nextra.sk

2. Pre technické využitie polovodičov je dôležité, že elekt- rické vlastnosti polovodičov výrazne závisia od prímesí. Znečistenie kremíka tak, že na sto miliónov jeho atómov pripadá jeden jediný atóm prímesí výrazne ovplyvní jeho elektrické vlastnosti.

3. Kryštálová mriežka kremíka Si Si Si Si P Si Si Si Si Si Si Si Si V kryštáli kremíka nahradíme niektorý atóm štvormocné- ho kremíka päťmocným atómom fosforu.

4. Kryštálová mriežka kremíka znečistená Si Si Si Si P Si Si Si Si Si Si Si Po zabudovaní atómu 1530P do kryštálovej mriežky sa štyri jeho valenčné elektróny zúčastnia kovalentnej väzby. Piaty zostáva slabo viazaný, ľahko sa odpúta a stane sa voľným.

5. Kryštálová mriežka kremíka znečistená Si Si Si Si P Si Si Si Si Si Si Si Nevznikne však diera, preto v kremíku znečistenom fosfo- rom je nadbytok voľných elektrónov. Polovodič s elektrónovou vodivosťou, polovodič typu N.

6. Prímesové atómy, ktoré z polovodičovej látky tvoria polovodič typu N, sa nazývajú donory (donor - darca). Donory poskytujú kryštálu voľné elektróny. V polovodičoch typu N sprostredkuje elektrický prúd prevažne jeden typ voľných častíc s nábojom - voľné elektróny. Prevažujúce voľné častice s nábojmi nazývame väčšinové (majoritné). Voľné častice s opačným nábojom sú menšinové (minoritné) V polovodičoch typu N sú majoritné voľné elektróny, minoritné diery.

7. Kryštálová mriežka kremíka Si Si Si Si In Si Si Si Si Si Si Si Si V kryštále kremíka nahradíme niektorý atóm štvormocné- ho kremíka trojmocným atómom india.

8. Kryštálová mriežka kremíka Si Si Si Si In Si Si Si Si Si Si Si Na plné obsadenie kovalentnej väzby chýba 4998In jeden valenčný elektrón. Vo väzbe vznikne diera bez vzniku voľného elektrónu.

9. Kryštálová mriežka kremíka Si Si Si Si In Si Si Si Si Si Si Si Vodivosť spôsobená dierami sa volá dierová vodivosť polovodiča, alebo vodivosť typu P.

10. Prímesové atómy, ktoré z polovodičovej látky tvoria polovodič typu P, sa nazývajú akceptory (akceptor- príjemca). Akceptory sú schopné zo svojho okolia prijať jeden väzbový elektrón, čím vznikajú diery. V polovodičoch typu Psú majoritné diery, minoritnévoľné elektróny.

11. Elektrickú vodivosť polovodičov, ktorá je spôsobená prítomnosťou cudzích, nie vlastných atómov sa nazýva nevlastná vodivosť. Polovodiče = nevlastné (prímesové) polovodiče.

12. VYUŽITIE NEVLASTNÝCH POLOVODIČOV • Termistor ... je to rezistor s veľkým teplotným súčiniteľom rezistancie. ...využíva sa na meranie teploty, teplotnú stabilizáciu elektrických obvodov • Fotorezistor ... je to polovodičový prvok, ktorého rezistancia sa mení s osvetlením. ... používa sa na reguláciu a na meranie osvetlenia.

13. Polovodičová dióda ... je to polovodičová súčiastka, ktorá v jednom smere má malú rezistanciu a v druhom smere veľkú. Prúd prepúšťa iba v jednom smere. ... používa sa hlavne na usmerňovanie striedavého prúdu.

14. LED (svetelná dióda) ... je polovodičová dióda vyrábaná z priehľadného arzenidu gália. ... keď PN prechodom prechádza prúd, nastáva emisia svetla. ... použitie: blikačky bicyklov, svetlomety na automobiloch, veľkoplošné zobrazovače určené na reklamné účely, osvetľovacie účely, dopravná svetelná signalizácia – cestné semafóry, železničné návestidlá, .LED obrazovky ...

15. Prechod PN polovodič typu P polovodič typu N prechod PN Rozhranie dvoch polovodičov s rozličným typom vodivodivosti - prechod PN.

16. Prechod PN polovodič typu P polovodič typu N majoritné diery majoritné elektróny V oboch častiach polovodičov je veľmi rozmanitá hustota voľných elektrónov a dier, vzniká difúzia voľných elektrónov z časti N do časti P a naopak dier z časti P do časti N.

17. Prechod PN polovodič typu P polovodič typu N - + - + - + - + V časti P voľné elektróny rekombinujú s dierami, v blízkosti rozhrania sa vytvoria záporné ióny akceptorov. V časti N v blízkosti rozhrania zostanú nevykompenzované kladné ióny donorov.

18. + + + + + + Prechod PN polovodič typu P polovodič typu N V blízkosti rozhrania sa utvára prechod PN ako elektrická dvojvrstva s iónmi opačnej polarity. Vzniknuté elektrické pole zabraňuje ďalšej difúzii majoritných voľných častíc s nábojom.

19. + + + + + + Prechod PN polovodič typu P polovodič typu N Rovnovážny stav nastane pri EPN = 105 V.m-1. Oblasť prechodu PN je takmer bez voľných nabitých častíc - má veľký elektrický odpor.

20. + + + + + + Prechod PN zapojený v priepustnom smere polovodič typu P polovodič typu N - + - + Ak kladnú svorku zdroja pripojíme k polovodiču typu P a zápornú svorku k polovodiču typu N, elektrické pole prechodu PN je zoslabené elektrickým poľom zdroja napätia.

21. Prechod PN zapojený v priepustnom smere Ak kladnú svorku zdroja pripojíme k polovodiču typu P a zápornú svorku k polovodiču typu N potom elektrické pole prechodu PN je zoslabené elektrickým poľom zdroja napätia. Voľné elektróny a diery difundujú do oblasti prechodu, to sa prejavuje ako zmenšenie odporu prechodu PN. Elektrickým obvodom prechádza elektrický prúd. Prechod PN je zapojený priepustnom smere a prechádza ním priepustný prúd.

22. + + + + + + + + + + + + Prechod PN zapojený v závernom smere polovodič typu P polovodič typu N + - + - + Ak kladnú svorku zdroja pripojíme k polovodiču typu N a zápornú svorku k polovodiču typu P, oblasť prechodu PN sa ešte rozšíri, elektrický odpor prechodu PN sa zväčší.

23. Prechod PN zapojený v závernom smere Ak kladnú svorku zdroja pripojíme k polovodiču typu N a zápornú svorku k polovodiču typu P potom sa zväčší intenzita elektrického poľa prechodu PN, oblasť prechodu PN sa rozšíri. Elektrický odpor prechodu PN sa podstatne zväčší, obvodom prechádza veľmi malý prúd tvorený iba menšinovými voľnými časticami. Prechod PN je zapojený v závernom smere a prechádza ním záverný prúd.

24. Jav závislosti elektrického odporu polovodiča s precho- dom PN od polarity vonkajšieho zdroja napätia pripoje- ného k polovodiču sa nazýva diódový jav. Polovodič s prechodom PN nazývame polovodičová dióda. Utvoril teóriu prechodu PN. V. B. Shockley americký fyzik ...polovodičová elektronická súčiastka, ktorá vedie I len jedným smerom

25. A K A K - - + + Schematická značka polovodičovej diódy záverný smer priepustný smer A - anóda K - katóda

26. 3 2 1 50 100 150 2 1 10 20 30 Graf závislosti elektrického prúdu od napätia na dióde priepustný smer záverný smer Voltampérová charakteristika polovodičovej diódy.

27. Tranzistor kolektor schematická značka báza emitor typ NPN typ PNP Základom je kryštál (báza B) kremíka s určitým typom vodivosti, v ktorom sa vytvoria dve oblasti s opačnou prímesovou vodivosťou (kolektor C a emitorE).

28. mA mA - - + + Zapojenie tranzistora so spoločným emitorom NPN Kolektor je pripojený na kladnú svorku zdroja a emitor na zápornú svorku zdroja. Prechod medzi kolektorom a bázou je zapojený v nepriepustnom smere, kolektoro- vým obvodom prúd neprechádza.

29. Zapojenie tranzistora so spoločným emitorom NPN mA mA - - + + Prechod PN medzi bázou a emitorom zapojíme v prie- pustnom smere aj malým napätím. Hneď ako začne bá- zou pretekať malý prúd, prechádza oveľa väčší prúd aj kolektorovým obvodom.

30. NPN + mA mA - - + + Zapojenie tranzistora so spoločným emitorom + - Prúd bázy tvoria elektróny, ktoré z emitora preniknú do ob- lasti bázy. Elektróny sú pre kolektorový prechod menšinové nosiče náboja a môžu ním voľne prechádzať. Väčšina elekt- rónov prichádzajúcich do bázy tvorí kolektorový prúd.

31. NPN + mA mA - - + + Tranzistorový jav + - Veľmi malé napätie v obvode bázy vyvoláva prúd, ktorý je príčinou omnoho väčšieho prúdu v kolektorovom obvode. Nastáva zosilnenie prúdu.