Polovodiče: Vlastní polovodič Termistor Fotorezistor Tenzoelektrická součástka Expozimetr Fotobuňka Světelná závora, zabezpečovací zařízení
![]() |
|
Jak už bylo uvedeno zde ¤, polovodiče jsou látky, které mají šířku zakázaného pásu kolem 1 eV. To znamená, že při nízké teplotě (blízké 0 K) jsou všechny elektrony ve valenčním pásu (jsou vázány ke svým jádrům) a dodáme-li jim energii větší než je šířka zakázaného pásu, mohou se přesunout do vodivostního pásu ("utrhnout se" od svých jader) a stát se volnými.
Situaci přiblížíme na příkladu křemíku. Ten má elektronovou konfiguraci 1s22s22p63s23p2. Má čtyři valenční elektrony (které vytváří vazby se sousedními atomy), které si "drží" čtyřmi vazbami (obr. 1).
![]() |
![]() |
obr. 1: Struktura křemíku při teplotě blízké 0 K (vpravo energetické hladiny) |
Čím víc se zvyšuje teplota, tím víc kmitají atomy a mohou "ztratit" nějaké elektrony (obr. 2). Na uvolnění elektronu z vazby je potřeba energie 1,1 eV (tj. šířka zakázaného pásu je 1,1 eV). Na místě, kde byl elektron, vznikne nenasycená vazba, tzv. díra. Proces se nazývá generace páru elektron - díra. Ta může navázat nějaký volný elektron, který se dostane do její blízkosti. Proces zániku páru elektron - díra ("elektron spadne do díry") se nazývá rekombinace.
![]() |
![]() |
obr. 2: Při zvýšení teploty se některé vazby poruší. Po elektronech, které opustily vazbu, zůstane nenasycená vazba - díra d. |
Elektron je částice se záporným nábojem, díra vlastně představuje částici s kladným nábojem. Může se totiž rovněž přesouvat. Elektron ze sousední vazby přeskočí do vedlejší díry a ta se tak "posune" o místo vedle (ve skutečnosti se jedna díra zaplní a jiná vznikne, ala efekt je stejný, jakoby nic nezanikalo ani nevznikalo a díra se jen přesunula. Mluví se proto o pohybu díry) (obr. 3).
obr. 3: Pohyb díry d po křemíku
Pohyb elektronu a díry se musí dít najednou (elektron uvolní vazbu, zaplní díru a ta se tak pohybuje). Vypadá to tedy tak, že na jednu stranu se vždy pohybuje záporný elektron, na druhou stranu kladná díra. Toto je princip vlastního polovodiče. Má stejný počet elektronů a děr.
Připojíme-li polovodič ke zdroji napětí, pohybují se elektrony směrem ke kladné zdířce zdroje a díry směrem k záporné zdířce. Polovodičem protéká elektrický proud I, který je složen ze dvou částí: proudu Id tvořeného dírami (děrový proud) a proudu Ie tvořeného elektrony (elektronový proud). Je tedy
I = Ie+Id
Vzhledem k výše uvedenému principu polovodičů je jasné, že odpor polovodiče bude silně záviset na tom, jakou mu dodáme energii. To znamená například na světle a na teplotě. Ale kupodivu třeba i na tlaku.
Další kapitoly: | Závislost odporu polovodiče na teplotě - termistor ¤ |
Závislost odporu polovodiče na osvětlení - fotorezistor ¤ | |
Závislost odporu polovodiče na tlaku - tenzoelektrická součástka ¤ |