Přednáška 15

m pásem se ani
nepřekrývá ani se ho nedotýká.
Existuje zakázaný pás.
Úzký zakázaný pás, E
g
< 2 eV
polovodiče Si (Eg = 1,12 eV),
Ge (Eg = 0,66 eV)
Široký zakázaný pás, E
g
>3eV
izolátory C - diamant,
(Eg = 5,48 eV)
Pásová teorie pevných látek
Elektrický proud v krystalech
Elektrický proud v krystalech je vyvolán pohybem elektronů
mezi energiovými hladinami téhož pásu.
Z toho je zřejmé, že příslušný pás nesmí být plně obsazen,
a že vnitřní pásy nemohou vést elektrický proud proud.
–
+
Pásová teorie pevných látek
Elektronová a děrová vodivost
Pokud je valenční pás plně obsazen a vodivostní pás oddělen
jen úzkým zakázaným pásem, může některý valenční elektron
vlivem tepelných fluktuací přeskočit zakázaný pás a dostat se do
vodivostního pásu. Takový krystal také může být elektricky vodivý.
Po takových elektronech zůstane ve valenčním pásu prázdné
místo, díra. Ta se chová jako kladná nabitá částice, která přispívá
k vedení elektřiny v krystalech.
Vodivost
u polovodičů
elektronováÎ
děrová Î
Pásová teorie pevných látek
Vlastní a nevlastní polovodiče
Vlastní (intrinzické) polovodiče
Při T→0K je vodivostní pás prázdný. Při vyšších teplotách začínají
valenční elektrony přeskakovat do vodivostního pásu. Ve valenčním
pásu po nich zůstávají díry, které se chovají jako kladné částice.
Elektrony i díry jsou nosiči elektrických nábojů.
Hustota elektronů ve vodivostním pásu je nutně stejná
jako hustota děr v pásu valenčním.
Ve vlastních polovodičích je elektrický proud vyvolán:
Îvolnými elektrony ve vodivostním pásu (elektronový proud),
Îvolnými dírami ve valenčním pásu (děrový proud).
Pásová teorie pevných látek
Některé polovodiče ve vysoce čistém stavu mají nepatrnou
vlastní vodivost.
Př.: Si, Ge – jejich intrinzická koncentrace el. nábojů při pokojové
teplotě:
Si . . . ≈ 10
16
m
-3
Ge . . . ≈ 10
19
m
-3
Přítomnost i nepatrného množství cizích atomů
může však zvýšit vodivost polovodičů až o několik řádů.
Pásová teorie pevných látek
Nevlastní (extrinzické) polovodiče
Do krystalové mřížky se uměle vpravuje příměs - atomy cizí látky.
Postup se nazývá dopování (legování, dotování).
Přidávané látce se říká dopand, legura.
Atomy příměsi jsou vpraveny do prostoru mezi původní atomy
krystalové mřížky, ale častěji jako náhrada některých původních
atomů mřížky.
Elektrická vodivost i jiné fyzikální vlastnosti jsou
- u vlastních polovodičů silně závislé na teplotě,
- u polovodičů nevlastních na teplotě téměř nezávislé.
Existují dvě skupiny nevlastních polovodičů:
nevlastní polovodiče typu N,
nevlastní polovodiče typu P.
Pásová teorie pevných látek
Nevlastní polovodiče typu N
Křemík (Si) a germánium (Ge)
jsou prvky ze 4. skupiny
periodického systému prvků.
Jsou tedy 4-mocné.
V krystalech čistého Si (Ge)
se atomy spolu vážou dvojnými
vazbami, tzn., že všechny
4 valenční elektrony každého
atomu se účastní vzájemných
vazeb.
V dokonalém krystalu Si, Ge tak
nezbývá žádný volný valenční
elektron, který by se účastnil na
vedení el. proudu – dokonalý
krystal se chová jako nevodič.
Pásová teorie pevných látek
Nahradíme-li některé atomy Si
nebo Ge atomy 5-mocného prvku
(arzén-As, olovo-P, cín-Sb, . . . ),
pak 4 elektrony takových atomů
se účast