Vyýpisky 20

+částice. Hustota elektronů ve vodivostním pásu = hustotě děr ve valenčním pásu. Elektrony a díry nosiči el. nábojů.
( Ve vlastních polovodičích el. proud vyvolán:
volnými elektrony ve vodivostním pásu (elektronový proud),
a dírami ve valenčním pásu (děrový proud).
..
Některé polovodiče ve vysoce čistém stavu ( nepatrnou vlastní vodivost. Př.: Si, Ge – jejich intrinzická koncentrace el. nábojů při pokojové teplotě:
Si . . . ( 1016 m-3
Ge . . . ( 1019 m-3
Avšak přítomnost i nepatrného množství cizích atomů může zvýšit vodivost polovodičů až o několik řádů.
..............................................................................................................................................................................
Nevlastní polovodiče: - do krystalové mřížky uměle vpravena příměs, atomy cizí látky. Postup nazván dopování (legování, dotování). Přidávaná látka nazvána dopand, legura.
Atomy příměsi vpraveny do prostoru mezi původní atomy krystalové mřížky, ale častěji jako náhrada některých atomů mřížky. Příměsí se může stát i nadbytek jedné složky krystalu, např. Na+ v krystalu NaCl.
El. vodivost (i jiné fyzikální vlastnosti) - u vlastních polovodičů závislé na teplotě,
u nevlastních na teplotě téměř nezávislé.
2 skupiny nevlastních polovodičů: nevlastní polovodiče typu N,
nevlastní polovodiče typu P.
..............................................................................................................................................................................


Si, Ge . . . prvky ze 4. skupiny periodického systému prvků. Jsou tedy 4-mocné. V krystalech čistého Si (Ge) atomy se 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.
Nahradíme-li některé atomy Si (Ge) atomy 5-mocného prvku (As, P, Sb, . . . ), pak 4 elektrony atomů např. P se účastní vazeb, ale 5. elektrony zůstanou volné. Protože jsou i slabě vázány k atomovému jádru, snadno se vybudí do vodivostního pásu a zvyšují tak el. vodivost krystalu.
Vznikl polovodič s nadbytkem elektronů, s elektronovou vodivostí (negativní), proto polovodič typu N. Atomy příměsi, které poskytují nadbytečné elektrony = donory (lat. donare = darovat).
..............................................................................................................................................................
V 1m3 krystalu je řádově 1028 atomů Si (Ge). Ve velmi čistých krystalech je v 1m3 řádově 1016 atomů “nečistot”.
V dopovaných krystalech je v 1m3 řádově až 1026 atomů dopantu, tj. ( 1 % “nečistot”, ( charakter krystalu se dopováním nezmění – zůstane krystalem Si (Ge), ale výrazně se zvýší el. vodivost krystalu.
...............................................................................................................................................................
Příměsi 5-mocných prvků vytvářejí z uvolněných 5. valenčních elektronů energiovou hladinu v zakázaném pásu blízko spodního okraje vodivostního pásu, nazvanou donorová hladina. Její energiová vzdálenost od spodního okraje vodivostního pásu ( 0,05 eV.
Zvyšováním koncentrace příměsi se donorová hladina štěpí – vzniká donorový pás příměsi. Při zvyšující se hustotě příměsi se donorový pás rozšiřuje, až se může dotknout a tím splynout s pásem vodivostním. V takové situaci se polovodič začne chovat jako vodič, tzv. degenerovaný polovodič.
..............................................................................................................................................................................


Krystaly Si, Ge dopovány atomy prvků 3-mocných (B, Al, Ga, In, . . .). 3 valenční elektrony příměsi se účastní vazeb, ale 4. vazba zůstane otevřená. Chybí 4. elektron ( zůstává po něm díra.
Díry se chovají jako + částice (pozitivní), proto polovodič typu P. Atomy příměsi, které vyvolávají v polovodiči nedostatek elektronů = akceptory (lat. accipere = přijímat).
Kladné “díry” ve valenčním pásu vyvolávají děrovou vodivost. Díra
se může v mřížce pohybovat proto, že do ní přeskočí elektron ze sousední vazby (viz obr.).
Akceptory vytvářejí v zakázaném pásu energiovou hladinu akceptorovou, těsně nad valenčním pásem ve vzdálenosti ( 0,08 eV.
..............................................................................................................................................................................
Zvyšováním hustoty akceptorů se akceptorová hladina štěpí – vzniká akceptorový pás. Ten při vysoké hustotě akceptorů může splynout s valenčním pásem. Polovodič se opět začne chovat jako vodič, tzv. degenerovaný polovodič.
..............................................................................................................................................................................
V polovodičích obou typů vlivem tepelných kmitů mřížky se uvolňují elektrony a současně vznikají díry, a to po dvojicích. Hustota takto vzniklých volných elektronů a děr je stejná, ale velmi nízká.
( v polovodičích obou typů (N i P) se podílí na el. vodivosti jak volné elektrony tak i díry.
Nosičům el. náboje, které jsou v menšině . . . minoritní, které jsou ve většině . . . majoritní.
U dotovaných polovodičů typu N . . .majoritními nosiči elektrony, minoritními díry. U dotovaných polovodičů typu P je tomu naopak.
...............................................................................................................................................................
Konec FYZ 2
FYZ 2 – soubor 20 (Základy . . . Polovodiče), RNDr. Vladimír Zdražil, Ph.D. Strana (celkem )
4. LASERY A POLOVODIČE
4.1 Interakce záření s látkovými částicemi
4.2 Lasery
4.3 Pásová teorie pevných látek
4.4 Vlastní a nevlastní polovodiče
4.5 Nevlastní polovodiče typu N
4.6 Nevlastní polovodiče typu P