21-9 Polovodiče
21-1 Kladné a záporné ióny; 21-2
Faradayove zákony; 21-3 Vedenie elektrického prúdu v plynoch; 21-4 Vzťah
medzi hmotnosťou a nábojom elektrónu; 21-5 Elektrický náboj a hmotnosť
elektrónu; 21-6 Thomsonov model atómu ; 21-7 Rutherfordov model atómu;
21-8 Elektrická vodivosť v pevných látkach; 21-9 Polovodiče; 21-10
Termická emisia; 21-11 Kryštalické usmerňovače prúdu; 21-12 Tranzistory;
21-1 Solárne panely a rádioaktívne zdroje prúdu;
21-9 Polovodiče
Niekoľko látok, ako napr. kremík, nie je možné zadeliť ani medzi dobré vodiče, ani medzi izolanty; termickým (tepelným) vybudením atómov sa niektoré ich elektróny uvoľnia, čo spôsobuje miernu schopnosť viesť elektrický prúd. Takéto látky nazývame polovodiče. Ak do kryštalickej mriežky polovodiča sa dostane cudzia látka, je znečistená iným atómom, výrazne sa zvýši jeho schopnosť viesť elektrický prúd. Trojica obrázkov na obr. 21.9 vysvetľuje, že ako a prečo dochádza k zvýšeniu schopnosti viesť elektrický prúd, ak do pôvodne dokonalej kryštalickej mriežky sa zabudujú cudzie atómy.
|
|
| Obr. 21.9: Vhodné znečistenie v kryštalickej mriežke polovodiča výrazne zvýši schopnosť polovodiča viesť elektrický prúd. |
Na obr. 21.9a je zobrazená dokonalá, čistá kryštalická mriežka kremíka, v ktorej sa každý (štvormocný) atóm kremíka spája so štyrmi ďalšími atómami kremíka. Na obr. 21.9b je jeden z kremíkových atómov nahradený atómom arzénu, ktorý je päťmocný. Atóm arzénu má 5 elektrónov, ktoré zodpovedajú za chemické väzby (5 valenčných elektrónov), z ktorých 4 vytvárajú väzbu so štyrmi susednými atómami kremíka, ale piaty elektrón – „čierna ovca“ – však zostane nevyužitý, a premiestňuje sa z jedného miesta na druhé, voľne putuje. Atóm znečistenia (tu arzén), ktorý takýmto spôsobom zabezpečuje prídavný elektrón, nazývame donor. Opačná je situácia, keď atóm kremíka nahradíme trojmocným bórom (obr. 21.9c). V tomto prípade zostane jedno prázdne miesto pre elektrón, čo naruší pravidelnú kryštalickú štruktúru kremíka. Atóm znečistenia, ktorý vytvára takúto dieru nazývame akceptor. Prázdne miesto elektrónu pri znečisťujúcom atóme samozrejme môže zaplniť elektrón susedného atómu kremíka, tým však vznikne diera pri atóme kremíka, teda tam, kde pôvodne diera nebola. Ak toto miesto zase zaplní elektrón susediaceho atómu kremíka, potom táto diera sa premiestni ešte ďalej od svojho pôvodného miesta (obr. 21.10). Na tento dej sa môžeme pozerať tak, akoby sa diera chovala ako nejaká častica, ktorá prenáša so sebou nedostatok záporného náboja, alebo čo je to isté, akoby prenášala kladný elektrický náboj. Polovodiče obsahujúce znečistenia typu donor nazývame polovodič typu n, kým polovodiče s akceptormi nazývame polovodič typu p – tu písmená resp. odkazujú na to, že nosič náboja je negatívny resp. (záporný) resp. pozitívny (kladný). Schopnosť viesť elektrický prúd u polovodičov typu je daná počtom voľných elektrónov pripadajúcich na jednu väzbu kryštalickej mriežky a tým, že ako ľahko sa dokáže tento elektrón v kryštalickej mriežke pohybovať. Obdobne, schopnosť viesť elektrický prúd v polovodiči typu je daná počtom dier v mriežke a ich pohyblivosťou v mriežke.