17. Elektrický prúd v polovodičoch

17. Elektrický prúd v polovodičoch

– vlastné polovodiče – sú také, ktoré sa pri nízkych teplotách správajú ako izolanty a pri vyšších sa v nich vytvárajú voľné častice s nábojom, čím sa stávajú vodivými

– ohriatím vlastných polovodičov sa elektróny v atómoch rozkmitajú, uvoľnia sa a vzniknú voľné elektróny a diery – tieto vznikajú vždy v pároch => generovanie páru voľných elektrónov – diera

– voľné elektróny sú nosičmi záporného náboja a diery sú nosičmi kladného náboja ( diery – prázdne miesto v atóme po elektrónoch)

– páry voľných elektrónov – diera sa môže aj rekombinovať => zanikajú (voľný elektrón obsadí dieru)

– ak takýto polovodič nie je v elektrickom poli, pohyb elektrónov a dier je chaotický, ak ho vložíme do elektrického pola, voľné elektróny sa začnú pohybovať proti smeru intenzity a diery v smere intenzity => vzniká elektrónový a dierový prúd a celkový prúd vo vlastných vodičoch je tvorený ich súčtom

I = I _e + I _d

• ak sa na vedení prúdu zúčastňujú len vlastné častice hovoríme o vlastnej vodivosti

• nevlastné polovodiče typu P – do štvorväzbových atómov primiešame niekoľko atómov trojväzbového prvku => oproti vlastným atómom jeden elektrón chýba, vzniká diera => diery prevládajú nad voľnými elektrónmi => pri zapojení do elektrického obvodu prevláda dierový prúd nad elektrónovým
• polovodič typu P je polovodič s dierovou vodivosťou => elektrický prúd v takomto polovodiči vytvára prevažne kladné častice – diery
• väčšinovým alebo majoritným nosičom náboja sú diery a menšinovým alebo minoritným sú voľné elektróny

• nevlastné polovodiče typu N – do štvorväzbových atómov primiešame niekoľko atómov pätväzbového prvku => oproti vlastným atómom jeden elektrón prevyšuje, vzniká voľný elektrón => voľné elektróny prevládajú nad dierami => pri zapojení takéhoto polovodiča do obvodu prevláda elektrónový elektrický prúd nad dierovým
• polovodič typu N je polovodič s elektrónovou vodivosťou => elektrický prúd v takomto polovodiči vytvára prevažne voľné elektróny
• majoritným nosičom sú voľné elektróny a minoritným sú diery

Typu P Typu N

• množstvo voľných častíc s nábojom nezávisí od teploty, ale iba od množstva prímesy

• polovodičová dióda – súčiastka, ktorá sa skladá z dvoch polovodičov z PN prechodom

– usmernenie prúdu – prepúšťa prúd len jedným smerom

• 
  vytvorené elektrické pole, ktoré zabráni ďalšej difúzii náboja (vzniká rovnovážny stav)
• PN prechod potom môžeme k zdroju pripojiť dvoma spôsobmi :

1) v priepustom smere – elektrické pole PN prechodu je zoslabené, elektrickým polom zdroja (PN sa zúži) => obvodom prechádza priepustný prúd (priepustný)

2) v závernom smere – elektrické pole PN prechodu je zosilnené, elektrickým polom zdroja (PN sa rozšíri) => obvodom prechádza len malý alebo žiadny prúd (záverný)

Priepustný smer Záverný smer

• voltampérová charakteristika polovodičovej diódy – graficky znázorňuje závislosť elektrického prúdu prechádzajúceho diódou od napätia na dióde
• 
  tranzistor – polovodičová súčiastka, ktorá obsahuje dva PN prechody (typ PNP alebo NPN)

– skladá sa z troch častí – stredná – báza

– okrajové – emitor a kolektor

– môže byť zapojený so spoločnou bázou alebo spoločným emitorom

• PN prechod medzi emitorom a bázou je zapojený v priepustnom smere => diery z emitora sa dostávajú do bázy kde sú minoritné a difundujú až do kolektora => prúd prechádza aj medzi bázou a kolektorom ( je väčší, pretože prechádzajúceho náboja je viac)
• používa sa v zosilňovačoch na zosilnenie prúdu a napätia