33 POJĘCIE TEORII PASMOWEJ CIAŁA STAŁEGO. PRZYKŁAD ZASTOSOWANIA

(Dawid Kozdraś)

Teoria pasmowa jest kwantowo mechanicznym opisem zachowania elektronów w krystalicznym ciele stałym.

Teoria pasmowa dotyczy zasadniczo dwóch poziomów energetycznych atomów w ciele stałym:

a) najbardziej zewnętrznego poziomu obsadzonego elektronem

b) najbliższemu mu poziomowi wzbudzonemu

Poziomy te w ciele stałym, pod wpływem oddziaływania pól elektrycznych pozostałych atomów, ulegają rozszczepieniu na ogromną liczbę bardzo bliskich poziomów tworzących pasma energetyczne:

• walencyjne

• półprzewodnictwa

Elektrony mają swobodę w ramach pasma dzięki bardzo małym różnicom energii pomiędzy tworzącymi je poziomami np. 10^-24 eV

E_g- przerwa energetyczna PASMO ZAKAZNE

Dla E_g> 2 eV - izolatory - tak pisze na stronach naszego łaskawcy ale wikipedia podaje, że obecnie 2eV to jedynie wartość umowna, znane są półprzewodniki o większej przerwie energetycznej, np. fosforek indu lub węglik krzemu

Pasma rozdzielone mają izolatory i półprzewodniki. W półprzewodnikach przerwa energetyczna może być pokonana pod wpływem pewnych czynników np. temperatury i światła.

Własności kryształów zależą od struktury pasm i rozkładu elektronów w paśmie:

Przewodniki - nałożone pasma przewodnictwa i walencyjne sprawiają że elektrony mogą poruszać się w całym krysztale.

(wszystko to co jest powyżej było na stronie Pana Profesora więc bez sensu było by to bardziej rozbudowywać i komplikować)

PRZYKŁAD ZASTOSOWANIA

Teoria ta ma zastosowanie wszędzie tam gdzie wykorzystuje się półprzewodniki oto kilka przykładów:

1. Fotodioda półprzewodnikowa jest to półprzewodnik spolaryzowany w kierunku zaporowym, w której pod wpływem natężenia oświetlenia padającego przez mały otwór w obudowie zmienia się prąd wsteczny i fotodioda zaczyna wytwarzać napięcie. Moc tego ogniwa jest jednak niewielka i główne zastosowanie znalazła ona w układach pomiarowych fotometrycznych.

2. Termistor jest to opornik półprzewodnikowy którego oporność zależy w głównym stopniu od temperatury. Półprzewodnik ten jest stosowany głównie jako czujnik temperatury, np.: w elektronicznych przyrządach pomiarowych, które można spotkać w samochodach, pralkach bądź piekarnikach

3. Układ scalony jest to również jeden z rodzaju półprzewodników. Jest zminiaturyzowanym zespołem bardzo wielu tranzystorów, diod rezystorów. Może być wykonany z jednego kryształu półprzewodnika lub naniesiony warstwowo na izolujące podłoże.

4. Dioda półprzewodnikowa. Jest to element elektroniczny wykorzystujący właściwości złącza p-n. Gdy biegun dodatni źródła prądu połączymy z warstwą p, a ujemny z warstwą n, wówczas obniży się bariera potencjału co umożliwi dyfuzję elektronów z obszaru n do obszaru p. Taki układ nazywamy polaryzacją w kierunku przewodzenia. Jeżeli zmienimy biegunowość źródła prądu to dioda przejdzie w stan zaporowy tzn. praktycznie nie będzie przewodziła prądu w odwrotnym kierunku. Szczególnym rodzajem diody jest dioda zenera. Drastycznie zmienia swoją oporność po przekroczeniu pewnej wartości napięcia np.: 12V. Diody znalazły szczególne zastosowanie w układach prostujących służących do zmiany prądu przemiennego w stały.

5. Tranzystor jest elementem wzmacniającym sygnały elektryczne. Składa się on z trzech warstw i dwóch złącz. Całość jest umieszczona w obudowie hermetycznej z trzema wyprowadzeniami. Wyróżnia się dwa zasadnicze rodzaje tranzystorów typu n-p-n i p-n-p. W tranzystorach n-p-n pierwszy z obszarów n połączony jest ze stykiem nazywanym emiterem (w bezpośrednim sąsiedztwie styku znajduje się duża koncentracja domieszek), obszar p z tzw. bazą, a drugi obszar n z tzw. kolektorem. Działanie tranzystora polega na tym, że prąd płynący z emitera do kolektora sterowany jest przez prąd bazy.

---