moderní fyzika

sičů elektrického náboje v jednotce objemu, může být nalezena měřením Hallova napětí. Jednotka je reciproký kubický metr, .
Rozdíl mezi kovy a polovodiči:
Polovodiče mají značně větší rezistivitu než kovy.
Polovodiče mají teplotní součinitel rezistivity velký a záporný. To znamená, že rezistivita polovodiče klesá s teplotou, zatímco u kovu roste.
Polovodiče mají značně nižší koncentraci nosičů elektrického náboje n než kovy.
42.2. Jak se liší energiové hladiny krystalických pevných látek od hladin jednotlivých atomů?Co je to hustota stavů? Jaká je pravděpodobnost obsazení stavů o energii E elektronem?
Izolovaný atom může mít pouze diskrétní energiové hladiny. Když se atomy přibližují, aby vytvořily pevnou látku, sdružují se jejich hladiny a vytvářejí energiové pásy pevné látky.
Hustota stavů N(E) je počet dostupných energiových stavů na jednotkový objem vzorku a na jednotkový interval energie. Je dána vztahem:

Pravděpodobnost obsazení stavů o energii E elektronem:
42.3. Co to je Fermiho energie a jak se určí? Jaký je rozdíl těchto energií při T=0 K a T>0 K?
Při teplotě T = 0K elektrony v krystalu obsadí energiové hladiny od nejnižší hodnoty až do určité hodnoty nazvané Fermiho hladina ( F. energie, EF ). EF je pro každý polovodičový prvek charakteristická. Vyšší energiové hladiny při T= 0K jsou zcela prázdné. Při vyšších teplotách ostrá hranice EF mizí v důsledku tepelných fluktuací. Ale ještě i při pokojové teplotě je EF zřetelná.
Výpočet Fermiho energie pro kov:
42.4. Popište rozdíly mezi kovy, polovodiči a izolanty z hlediska pásové teorie.
Obr. 5: Pásové struktury
Kov – V kovu je nejvyšší pás, který obsahuje elektrony, zaplněn jenom částečně. (Energie nejvyšší zaplněné hladiny při teplotě 0K se nazývá Fermiho energie
Izolátor – V izolátoru je nejvyšší pás obsahující elektrony zcela zaplněn a je oddělen od neobsazeného pásu tak velkým zakázaným pásem, že elektrony obecně nemohou být dostatečně tepelně aktivovány, aby ho přeskočily.
Polovodič – Pásová struktura polovodiče je podobná struktuře izolátoru s tím rozdílem, že šířka zakázaného pásu polovodiče je mnohem menší. U křemíku je při pokojové teplotě vybuzena vlivem tepelné aktivace malá část elektronů do vodivostního pásu, a tím vznikne ve valenčním pásu stejný počet děr. Jak elektrony, tak díry jsou nosiče náboje.
Počet elektronů ve vodivostním pásu křemíku se může podstatně zvýšit dotováním malým množstvím fosforu. Tím vznikne materiál typu n. Počet děr ve valenčním pásu se může značně zvýšit dotováním hliníkem. Tím se vytvoří materiál typu p.
42.5. Co jsou vlastní a nevlastní polovodiče? Vysvětlete, co znamená pojem dotovaný
polovodič a proč se dotování polovodičů provádí. Co jsou polovodiče typu p a polovodiče
typu n ?
Vlastní polovodiče – vodivostní pás při T(0K mají prázdný. Při vyšších teplotách vlivem tepelných fluktuací některé valenční elektrony přeskočí do vodivostního pásu. Po nich ve valenčním pásu díry, které se chovají jako + částice. Hustota elektronů ve vodivostním pásu = hustotě děr ve valenčním pásu. Elektrony a díry nosiči el. nábojů.
Nevlastní polovodiče – do krystalové mřížky uměle vpravena příměs, atomy cizí látky.
Dotování – Je to zavedení malého množství vhodných příměsových atomů.
Atomy příměsi vpraveny do prostoru mezi původní atomy krystalové mřížky, ale častěji jako náhrada některých atomů mřížky.
Dotování se provádí pro zvýšení užitečnosti polovodičů pro technologické účely.
Polovodiče typu N – Jsou to polovodiče dotované atomy donorů – fosfor („n“ znamená negativní). Elektrony jsou majoritními nosiči, díry jsou minoritními nosiči.
Polovodiče typu P – Jsou to polovodiče dotované atomy akceptorů – hliník („p“ znamená pozitivní). Díry jsou majoritními nosiči, elektrony jsou minoritními nosiči.
42.6. Popište přechod p-n. Co to jsou majoritní a minoritní nosiče a jaká je jejich úloha při vedení proudu?
Přechod p-n – je monokrystal polovodiče, jehož jedna část je dotována tak, aby tvořila materiál typu p, a druhá část je dotovaná tak, aby tvořila materiál typu n; oba typy materiálů se setkávají v rovině přechodu. V tepelné rovnováze na této rovině dojde k následujícím dějům:
Majoritní nosiče (elektrony na straně n a díry na straně p) difundují přes rovinu přechodu a vytvářejí difuzní proud .
Minoritní nosiče (díry na straně n a elektrony na straně p) jsou unášeny spádem elektrického potenciálu přes rovinu přechodu a vytvářejí driftový proud . Oba proudy mají stejnou velikost, takže výsledný proud je nulový.
V oblasti roviny přechodu vznikne ochuzená zóna, sestávající převážně z donorových a akceptorových iontů.
Napříč ochuzenou zónou se vytvoří kontaktní napětí o velikosti
A TO JE KONEC, PŘÁTELÉ. ZAVŘETE OČI, ODCHÁZÍM.
En = -