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 Iee(eV/kT). Mamy w paśmie podstawowym prąd Ide(eV/kT))-Id,a w paśmie 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.