Zápisy do sešitu: El. náboj a síla       Elektrické pole        Práce v el. poli          Rozložení náboje na vodiči         Vodič v el. poli          Izolant v el. poli        Kapacita, kondenzátor        El. proud             Vodiče, polovodiče, nevodiče       Prakt. práce: měření VA char. rezistoru           Ohmův zákon        Rezistor, reostat, potenciometr        Spojování rezistorů        Ohmův zákon pro celý obvod        Kirchhoffovy zákony      Vlastní polovodič        Termistor      Fotorezistor        Dioda - pokusy      Příměsový polovodič      Princip diody       Usměrňování diodou       Graetzovo zapojení      Praktické ovládání generátoru a osciloskopu     Náhr. schéma diody     Kondenzátor ve střídavém obvodu     Kapacita diody     VA char. diody a Zenerovy diody     Zdvojovač napětí     Televize a osciloskop     Urychlování elektronů     Vychylovací destičky     Stacionární magnetické pole     Magnetická síla (zač. a pokr.)     Magn. poli přímého vodiče      Mag. pole závitu a cívky     Nabitá částice v mag. poli     Shrnutí televize a osciloskopu     Síla působící mezi dvěma vodiči     Stejnosměrný elektromotor     Magnetické vlastnosti materiálů     Elektromagnet     El. zvonek     Elmag. relé     Druhy elektromotorů     Elmag. indukce - vznik ind. napětí     Faradayův zák. elmag. ind.    Magn. ind. tok     Ind. proud     Vířivé proudy     Vl. indukce     Zhášecí obvody cívek     Rekuperační dioda     Energie el. a mag. pole     El. proud v plynech     Jiskrový výboj     Obloukový výboj     Doutnavý výboj     Koróna, katodové a kanálové záření     LED     Žárovka      Bipolární tranzistor     Unipolární tranzistor     Operační zesilovač     Práce a výkon     Ef. hodnota proudu     Regulace výkonu     Tyristor     Přenos rádiového signálu     Amplitudová modulace     Frekvenční modulace     Sériový RLC obvod     Fázorový diagram     Elmag. oscilátor     Výkon v RLC obvodu     Amplitudová demodulace (krystalka)     Frekvenční demodulace     Rádiový přijímač     Stereofonní vysílání     Televize     El. proud v kapalinách


Zápisy do sešitu - 4. pokračování

Předchozí zápisy


20. hodina - čtvrtek 27.11. 2003

Příměsové polovodiče

Polovodič typu N

Vlastní polovodič (např. čistý křemík) - stejný počet elektronů a děr. Jak zvýšit počet elektronů nebo děr?

Příměsový polovodič - do čistého křemíku, (čtyřmocný), se přidá pětimocná příměs (například arsen As). Ten má jeden elektron "navíc". Tento elektron je velmi slabě vázán (má energii blízkou horní hranici zakázaného pásu (donorová hladina) - může snadno přeskočit do vodivostního pásu) => už při nízké teplotě se "utrhne" a stane volným. Z arsenu se stane kladný iont, který už ale jiný elektron nenaváže (není tam díra!) => je více elektronů než děr (díry a elektrony také vznikají z křemíkových atomů stejným způsobem jako u vlastního polovodiče). Toto je polovodič typu N.

Atomy příměsi (zde As) ... donory ("darují" elektron)
Elektrony ... majoritní (většinové) nosiče náboje
Díry ... minoritní (menšinové) nosiče náboje

Existuje i polovodič typu P - má více děr než elektronů. Do čistého křemíku přidáme atomy třímocného prvku (např. indium In). Tomu naopak "chybí" jeden elektron - naváže nějaký elektron, který vznikl normální generací páru elektron - díra (pro tento elektron je "místo" u spodní hranice zakázaného pásu (akceptorová hladina) - může tam snadno přeskočit elektron z valenčního pásu). Z india se stane záporný iont, který ale získaný elektron "nepustí"  => je více děr než elektronů (díry a elektrony také vznikají z křemíkových atomů stejným způsobem jako u vlastního polovodiče).

Atomy příměsi (zde In) ... akceptory ("přijmou" elektron)
Díry ... majoritní (většinové) nosiče náboje
Elektrony ... minoritní (menšinové) nosiče náboje

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.

Polovodič typu P se dá změnit na polovodič typu N a naopak. Např. máme typ P a přidáváme pětimocné příměsi => koncentrace elektronů a děr se napřed vyrovná a když dále přidáváme příměsi, stane se z toho typ N (používá se např. při výrobě diod). 

Z jednoho typu příměsových polovodičů se vyrábí například tenzoelektrické součástky, oba typy (přesněji rozhraní mezi nimi) se využívají při konstrukci polovodičových diod.

Dioda

Polovodičová dioda je součástka s jedním PN přechodem, tedy s částí typu P a s částí typu N (přechod je vytvořen v jednom materiálu - nejsou to dva kousky přitisknuté k sobě!!!).

V okamžiku vytvoření diody (PN přechodu) vypadá situace takto:

obr. 1: Situace na PN přechodu v okamžiku jeho vytvoření

V blízkosti přechodu je velká změna) koncentrace děr i elektronů => elektrony pronikají  do části P a díry do části N a vzájemně rekombinují => volné částice s nábojem mizí z oblasti přechodu a začíná se projevovat difuzní elektrické pole Ed vytvářené nepohyblivými ionty příměsí.

Další elektrony a díry se nemohou dostávat k přechodu (elektrické pole na ně působí silami směrem od přechodu).

Na PN přechod připojíme vnější napětí s plus na P a mínus na N => intenzita vnějšího el. pole E má směr proti intenzitě Ed. Celková intenzita elektrického pole na přechodu je dána vektorovým součtem intenzit E a Ed. Bude-li tedy E větší než Ed (přiložené napětí bude dostatečně velké), bude mít celková intenzita směr od P k N, kladně nabité díry a záporně nabité elektrony se budou pohybovat směrem k přechodu a přes přechod bude procházet elektrický proud. PN přechod je zapojen v propustném směru.

Na přechod dáme vnější napětí s opačnou polaritou, tj. plus na N. Intenzita vnějšího pole E  a intenzita Ed mají stejný směr a "odtlačují" volné elektrony a díry ještě dále od přechodu. Na přechodu nejsou volné majoritní částice s nábojem. Přechod je zapojen v závěrném směru (viz obr. 4).

Dioda je tedy součástka, kterou může procházet elektrický proud jen jedním směrem (propustným).

DOMÁCÍ ÚKOL: Diodou však protéká (velmi malý) proud i v závěrném směru. Jak je to možné? Písemně zdůvodněte.


Další pokračování zápisů do sešitu

Verze pro tisk