 |
|
Usměrňování: Polovodič typu N Polovodič typu P PN přechod Usměrňovací dioda Usměrňování vysokofrekvenčního proudu Kondenzátor ve střídavém obvodu Graetzovo zapojení Vyhlazení usměrněného proudu Velký usměrňovač Zenerova dioda Zdvojovač napětí
|
|
Vlastní polovodič ¤ se vyznačuje tím, že obsahuje stejný počet elektronů a děr. Jeho vodivost je však poměrně malá. Jak ji zvýšit?
Počet volných elektronů se dá zvýšit následujícím způsobem. Do čistého křemíku, který je čtyřmocný, se přidá pětimocná příměs (například arsen As)(obr. 1). Vznikne tak příměsový polovodič.
obr. 1. Příměsový polovodič s pětimocnou příměsí
Atom arsenu má pět valenčních elektronů, ale poslední z nich je velmi slabě vázán. Proto se již při nízkých teplotách uvolní a stane se volným. Na jeho místo k atomu arsenu se však nemůže navázat žádný jiný elektron, protože vazba je na to příliš slabá (arsen ho "nechce"). Atomy arsenu se stanou nepohyblivými kladnými ionty. Díky každému atomu arsenu tak vznikne jeden elektron, ale žádná díra. Takovýto polovodič má tedy více elektronů než děr (páry elektron díra samozřejmě vznikají z atomů křemíku stejně jako u vlastního polovodiče ¤) a nazývá se polovodič s elektronovou vodivostí neboli polovodič typu N. Elektrony se nazývají majoritní (většinové) nosiče náboje, díry minoritní (menšinové) nosiče.Atomy příměsi (zde As) se nazývají donory ("darují" elektron) (obr. 2).
obr. 2: Polovodič typu N - již při nízké teplotě se uvolní pátý
elektron od atomu arsenu
Jak to vypadá z hlediska energetických pásů ¤? V čistém (vlastním) polovodiči musí elektron z valenčního pásu dostat energii rovnou minimálně šířce zakázaného pásu, aby se stal volným. Tím, že nyní do krystalu přidáme příměs, se podoba energetických pásů změní (obr. 3). Nejslaběji vázaný elektron v atomu arsenu má energii blízkou horní hranici zakázaného pásu (nachází se na tzv. donorové hladině) (zakázaný pás je "zakázaný" pro krystal čistého křemíku) a tudíž na to, aby se dostal do vodivostního pásu, potřebuje mnohem menší energii než elektrony z valenčního pásu. Proto se již při nízké teplotě stane volným.
obr. 3: Energetické pásy pro polovodič typu N
Druhou možností, jak zvýšit počet volných elektronů v křemíkovém polovodiči, je přidat do čistého křemíku atomy třímocného prvku (např. indium In)(obr. 4).
obr. 4: Příměsový polovodič s třímocnou příměsí
Indium má jen tři valenční elektronu, ale velmi snadno naváže ještě jeden další elektron (který se ocitnul ve vodivostním pásu při generaci páru elektron - díra). Potom ho již "nepustí", takže se z atomu india stane nepohyblivý záporný iont (obr. 5). Nazývá se proto akceptor (příjemce). Díky každému atomu india vznikne jedna volná díra, ale žádný elektron.V takovémto polovodiči je tedy více děr než elektronů. Je to polovodič s děrovou vodivostí neboli polovodič typu P. Díry se nazývají majoritní (většinové) nosiče náboje, elektrony minoritní (menšinové) nosiče.
obr. 5: Polovodič typu P - atom příměsi přijme elektron a vytvoří se tak
volná díra d.
A jak to vypadá z hlediska energetických pásů ¤? Podoba energetických pásů se oproti vlastnímu polovodiči opět změní (obr. 6). Tentokrát přibude tzv. akceptorová hladina, na kterou mohou přecházet elektrony z valenčního pásu. Akceptorová hladina se nachází v dolní části zakázaného pásu, takže elektrony z valenčního pásu tam mohou velmi snadno přejít. Po nich pak zůstávají volné díry.
obr. 6: Energetické pásy pro polovodič typu P
I velmi malé množství příměsových atomů v čistém polovodiči zvyšuje jeho vodivost velmi značně. Například přidáme-li do čistého krystalického křemíku atomy příměsi v koncentraci 1 atom příměsi na 108 atomů křemíku, zvýší se vodivost křemíku tisíckrát.
Z jednoho typu příměsových polovodičů se vyrábí například tenzoelektrické součástky ¤, oba typy (přesněji rozhraní mezi nimi) se využívají při konstrukci polovodičových diod ¤.
Další kapitola: PN přechod, polovodičová dioda ¤