Vypracovala: B. Horváthová
Od kovov sa polovodiče líšia hlavne tým, že majú väčší merný elektrický odpor. Dôležitým znakom je, že tento odpor sa s teplotou rýchlo zmenšuje. Medzi polovodiče patria niektoré chemické prvky (Si, C, Ge), chemické zlúčeniny sulfid olovnatý, sulfid kademnatý). Organické látky - hemoglobín, chlorofil.
Graf závislosti merného elektrického odporu od teploty u kovov a polovodičov.
Vodivosť polovodičov v čistom stave voláme vlastná vodivosť.
Valenčné elektróny vytvárajú elektrónové páry. Elektróny sa z väzby môžu uvoľňovať, ak získajú dostatočnú energiu (napr. pri zahrievaní). Pri vyšších teplotách sa niektoré elektróny z väzieb uvoľnia – voľné miesto po elektróne sa správa ako kladne nabitá častica – diera.
Jav sa nazýva generovanie párov elektrón diera. Súčasne na inom mieste môže prebiehať rekombinácia (zánik párov). Pri stálej teplote je generovanie a rekombinácia v dynamickej rovnováhe. Ak vyvoláme v polovodiči elektrické pole, vzniká elektrický prúd, ktorý je vytvorený usmerneným pohybom elektrónov a dier.
Vodivosť polovodičov, ktorú spôsobuje generovanie elektrónov a dier voláme vlastná vodivosť polovodičov. Látky s touto vodivosťou sú vlastné polovodiče.
Nevlastné polovodiče
Hustota párov elektrón diera, u vlastných polovodičov je nedostatočná pre praktické využitie. Zvýšenie hustoty môžeme dosiahnuť prítomnosťou prímesí. Ako prímes sa volia atómy s oxidačným číslom päť (P, As, Sb), alebo s oxidačným číslom 3 (B, In, Ga). Tak vzniká vodivosť prímesová.
Môže vzniknúť polovodič typu P alebo polovodič N.
Ak cudzí atóm (donor) má vyššie oxidačné číslo ako polovodič, uvoľnenie elektrónu nesprevádza vznik diery. Prevláda elektrónová vodivosť. Vzniká polovodič typu N.
Ak má cudzí atóm ( akceptor ) nižšie oxidačné číslo ako polovodič, prevláda dierová vodivosť. Diera vzniká v dôsledku chýbajúceho elektrónu. Vznikne polovodič typu P.
Použitie polovodičov:
a) Termistor, je to rezistor s veľkým teplotným súčiniteľom rezistancie. Využíva sa na meranie teploty, teplotnú stabilizáciu elektrických obvodov.
b) Fotorezistor, je to polovodičový prvok, ktorého rezistancia sa mení s osvetlením. Používa sa na reguláciu a na meranie osvetlenia.
c) Polovodičová dióda, je to polovodičová súčiastka, ktorá v jednom smere má malú rezistanciu a v druhom smere veľkú. Prúd prepúšťa iba v jednom smere. V dióde sa využívajú vlastnosti jedného PN prechodu. Je to rozhranie polovodiča typu P a polovodiča typu N. V mieste dotyku oboch polovodičov dochádza k difúzií dier a elektrónov na rozhraní sa vytvorí dynamická rovnováha.V oblasti prechodu vznikne elektrická dvojvrstva, ktorá má veľký elektrický odpor.Vonkajší zdroj elektrického napätia možno pripojiť v priepustnom alebo v závernom smere. Používa sa hlavne na usmerňovanie striedavého prúdu.
Na prvom obrázku je zapojenie v priepustnom smere a na druhom v závernom smere.
Na obrázku je schematická značka pre diódu.
Na obrázku vidíme voltampérovú charakteristiku kremíkovej polovodičovej diódy.
UF, IF - napätie a prúd v priepustnom smere
UR, IR - napätie a prúd v závernom smere
UFO - prahové napätie, UBR - prierazné napätie
Zenerova dióda – sa prekročením prierazného napätia nezničí a dochádza k nedeštruktívnemu prierezu. Používa sa v stabilizátoroch jednosmerného napätia.
LED (svetelná dióda) – je polovodičová dióda vyrábaná z priehľadného arzenidu gália. Keď PN prechodom prechádza prúd, nastáva emisia svetla. (napr. v blikačkách bicyklov)
Úlohy:
1) Charakterizujte vlastnú vodivosť .
2) Popíšte nevlastné polovodiče.
3) Popíšte funkciu a využitie polovodičovej diódy.
Použitá literatúra:
Vladimír Lank, Miroslav Vondra : Fyzika v kocke pre SŠ
Emanuel Svoboda : Přehled středoškolské fyziky
Pavol Tarábek : Zmaturuj z fyziky