Wstęp teoretyczny

Wstęp teoretyczny
Półprzewodniki są to substancje o przewodności elektrycznej mniejszej
niż przewodność metali, ale większej od większości izolatorów. W modelu
pasmowym charakteryzują się istnieniem przerwy energetycznej oddzielającej
pasmo walencyjne od pasma przewodnictwa o szerokości do 1eV.
Charakteryzują się również tym że ze wzrostem temperatury maleje ich opór
elektryczny. Przykładem półprzewodników są krzem i german jak i związki
pierwiastków grup trzeciej i piątej lub drugiej i szóstej układu okresowego.
Półprzewodniki samoistne są substancjami naturalnie przewodzącymi jak
idealnie czysty kryształ kwarcu lub krzemu, a ich właściwości wiążą się z
brakiem zakłóceń w sieci krystalicznej.
Przez domieszkowanie można otrzymać półprzewodniki domieszkowe.
Poprzez domieszkowanie trójwartościowym pierwiastkiem otrzymujemy typ
akceptorowy. W przerwie energetycznej samoistnego półprzewodnika pojawiają
się poziomy akceptorowe tuż ponad górną granicą pasma walencyjnego, co
powoduje zwężenie przerwy energetycznej. Dzięki temu elektrony z pasma
walencyjnego mogą przejść do pustych stanów akceptorowych (nazywanych
dziurami). Dziury mogą przenosić dodatni ładunek elektryczny. Są to
półprzewodniki typu p.
Półprzewodniki donorowe powstają przez domieszkowanie atomami z
piątej grupy układu okresowego. Uzyskamy pojawienie się w przerwie
energetycznej, tuz pod dnem pasma przewodzenia poziomów donorowych.
Elektrony z tych poziomów łatwo mogą przechodzić do pasma przewodzenia.
Są to półprzewodniki typu n.
Złącze półprzewodnikowe p-n to złącze prostujące na styku dwóch
półprzewodników o różnym stopniu przewodnictwa. Zrobione jest z
półprzewodnika typu n w jednej części zmienionego w p. typu p. Otrzymujemy
parę nośników elektron dziurę. Powstają poprzez przeskok elektronu z pasma
podstawowego do pasma przewodnictwa. Zaistnieje też proces rekombinacji –
zanikania nośników prądu w półprzewodniku na skutek ich połączenia się lub
połączenia z jonem przeciwnego znaku. Towarzyszy temu wydzielanie energii.
Przez ustalenie się równowagi między rekombinacji i tworzenia się nośników
powstaną nośniki mniejszościowe, liczba ich uzależniona jest od temperatury.
Po zetknięciu się obu części zacznie się wyrównywać stężenie nośników we
wszystkich pasmach przewodzenia. Z części p popłyną dziury do n w paśmie
podstawowym, a w paśmie przewodnictwa elektrony przepłyną z n do p.
Półprzewodnik p ładuje się ujemnie, a typu n dodatnio aż do wyrównania
poziomów Fermiego w złączu. Ustala się równowaga dynamiczna w której w
paśmie przewodnictwa prąd większościowy płynie Ien z półprzewodnika n do p i
równy jest prądowi mniejszościowemu Iep płynącemu z p do n. W paśmie
podstawowym prąd większościowy z dziur Idp płynie od p do n. W przeciwnym
kierunku płynie prąd Idn równy co do wartości.
Możemy mieć dwa kierunki przewodzenia: kierunek przewodzenia od p do n
Ip(V) i na odwrót kierunek zaporowy Iz(V).Przy podłączeniu potencjału
ujemnego na n i dodatniego na p, rosną ładunki przestrzenne jak i potencjał
części n. Mamy malejące prądy większościowe do wielkości Iee(-eV/kT) i Iee(-eV/kT).
Wypadkowy prąd jest maly i rośnie z napięciem. Po podłączeniu napięcia V
(ujemny do n, dodatni do p) otrzymamy spadek potencjału neutralizując ładunki
przestrzenne. Prądy większościowe mogą więc wzrosnąć do Iee(eV/kT) i do
(eV/kT)
)-Id,a w paśmie
Iee(eV/kT). Mamy w paśmie podstawowym prąd Ide
przewodnictwa Iee(eV/kT))-Ie. Sumarycznie przepływa więc prąd będący sumą
prądów z obu pasm. Jest on uzależniony poprzez napięcie wykładniczo.
Tranzystor jest urządzeniem półprzewodnikowym służącym do
wzmacniania przebiegów elektrycznych. Składa się z emitera, bazy i kolektora.
W zależności od typu różnią się budową i zjawiskami zachodzącymi podczas
działania. Są tranzystory krzemowe i germanowe. Złożony jest z trzech warstw
p,n,p lub n,p,n. Granice styków mają własności prostujące. Emiter i kolektor
charakteryzuje dziurowy typ przewodnictwa, bazę elektronowy. W czasie pracy
emiter podłączony jest do potencjału dodatnim wzg. Bazy, a kolektor na
ujemnym.