1) Właściwości pół przewodników

W teorii pasmowej ciał z modelem pasmowo-energetycznym przyjęto następujące założenia:

-Elektrony atomowe odosobnione mogą się znajdować w określonych sferach energetycznych (zajmują odpowiednie poziomy energetyczne)

-W krysztale dowolnego ciała pasma energetyczne ulegają rozczepieniu i tworzą strefy zwane pasmami energetycznymi.

1-pasmo walencyjne

2-pasmo przewodnictwa

3-pasmo zabronione

Wg-szerokość pasma zabronionego

W-energia

1 W paśmie walencyjnym znajdują się elektrony o energii odpowiadającej wartości energii elektronów walencyjnych (na ostatnich orbitach atomów).

2 W paśmie przewodnictwa energii elektronów odpowiadających wartością, przy których elektrony stają się swobodne, mogą brać udział w procesie przewodnictwa elektrycznego.

3 W paśmie zabronionym (strefa zabroniona) nie mogą występować elektrony. W idealnych dielektrykach (izolatorach) sfera ta jest tak szeroka, że żaden elektron z pasma walencyjnego pod wpływem dostatecznej energii nie jest w stanie przejść do pasma przewodnictwa.

-W przewodnikach (z czystego pierwiastka) pasma przewodnictwa i pasma walencyjne zachodzą na siebie i wszystkie elektrony walencyjne są jednocześnie elektronami swobodnymi.

-W półprzewodnikach strefa zagrożona jest wąska, a zatem potrzeba niewielkiej energii by elektrony walencyjne mogły się stać elektronami swobodnymi.

2) Półprzewodniki dziali się na samoistne i domieszkowe (niesamoistne).

-Półprzewodniki samoistne są doskonałymi monokryształami pierwiastków np. krzemu. W temperaturze zera bezwzględnego są izolowane, ale po otrzymaniu pewnych ilości energii może nastąpić przejście niektórych elektronów do pasma przewodnictwa. Elektrony te stają się swobodnymi nośnikami ładunków elektrycznego. Pozostałe w paśmie walencyjnym wolne miejsca po elektronach są równoważone elementarnymi ładunkami ładunków dodatnich i nazywają się dziurami. Zjawisko takie nazywa się generacją par elektron-dziura. Miejsce dziury w paśmie walencyjnym może zajść elektron sąsiedniego atomu tworząc nową dziurę w innym miejscy- dziury się przemieszczają.

Jednocześnie z procesem generacji par elektron-dziura występuje zjawisko odwrotne zwane rekombinacją polegającą na wzajemnej neutralizacji ładunków dziury, czyli powrotu elektronu do pasma walencyjnego. W warunkach ustalonych zachodzi równowaga między tymi zjawiskami.

-Półprzewodniki domieszkowane (niesamoistne) typu N. Otrzymuje się, jeżeli do monokryształu pierwiastka IV wartościowego przyjętego za podstawowy (najczęściej Si -Glin) wprowadzi się domieszkę pierwiastka V wartościowego zwaną donorem (np. As -Arsen, Sb -Antymon, P -Fosfor). Wywołuje to nadmiar elektronów przemiennych do pasma przewodnictwa w normalnych warunkach półprzewodnik typu N ma więcej swobodnych elektronów niż dziur. Elektrony są większowymi nośnikami prądu.

-Półprzewodniki domieszkowane typu P powstają przez dodanie do monokryształu pierwiastka podstawowego przez dodanie pierwiastka III wartościowego (np. B -Bor, Al. -Glin, In -Ind) zwanego akceptorem. W półprzewodnikach typu P dziury (ładunki dodatnie) są większymi nośnikami prądu.

3) Elektroniczne elementy półprzewodnikowe są budowane jako:

-złączowe,

-bez złączowe.

-Elementy złączowe powstają przez połączenie pół przewodników różnego typu. Praktycznie najczęściej stosuje się łączenia typu PN, w którym mianie koncentracji nośników swobodnych towarzyszy zmiana rodzaju domieszki (akceptor- donor) charakteryzuje się ono nie jednakową zdolnością przewodzenia prądu w obu kierunkach. Rozróżnia się następujące elementy półprzewodnikowe w zależności od liczby złączy:

-jedno złączowe (diody),

-dwu złączowe (tranzystory),

-trój złączowe (tyrystory).

-Elementy bez złączowe (jednorodne)

Składają się z półprzewodników tego samego typu, ale o różnej koncentracji nośników swobodnych N⁺_-N, P⁺_-P

N⁺ zwiększenie koncentracji nośników N

4) Elementy bez złączowe

W półprzewodnikach bez złączowych wykorzystuje się zjawiska zachodzące w całej jego objętości lub w tylko warstwie przypowierzchniowej. Do elementów, których wykorzystuje się zjawisko objętości należą:

a)rezystory sterowane,

b)rezystory nie sterowane,

c)hallotrony.

Do rezystorów niesterowalnych należą:

a)rezystory półprzewodnikowe,

b)warystory,

c)termistory.

-Rezystory półprzewodnikowe stanowią najczęściej ścieżki półprzewodnika N⁺ na podłożu N lub P⁺ na podłożu P. Stosuje się je w układach scalonych. Posiadają charakterystyki napięciowo prądowe liniowe.

-Warystory są rezystorami nieliniowymi, dla których rezystancja jest funkcją przyłożonego napięcia. Używa się ich do stabilizacji napięć w technice pomiarowej i automatycznej.

-Termistory są rezystorami nielicznymi, których rezystancja silnie zależy od temperatury.

Rezystorami sterowalnymi są:

-Pieco rezystor (rezystywność zmienia się w zależności od ciśnienia)

-Foto rezystor (rezystywność zmienia się od promieniowania świetlnego)

-Magneto rezystor (rezystywność zmienia się od zależności indukcji pola magnetycznego)

Stosuje się je jako czynniki w przetwornikach pomiarowych.

Hallotrony elementy pół przewodnikowe, generujące sygnał napięcia pod wpływem pola elektromagnetycznego, działający na płytkę hallotronową przewodzącą prąd. Stosuje się jako czujniki pomiarowe wielkości nie elektrycznych.

5) Elementy złączowe

a) Złącze PN

Złącze PN jest częścią składową pół przewodnikowych elementów złączowych.

Koncentracja elektronów w obszarze N jest znacznie większa niż w obszarze P.

Elektrony w obszarze P są tylko nośnikami mniejszościowymi, zaś koncentracja dziur jest większa niż w obszarze N

W skutek różnicy koncentracji nośniki większościowe dyfundują (przenikają) do obszaru o odwrotnym typie przewodnictwa, gdzie ulegają rekombinacji.

W obszarze złącza koncentracja nośników jest ok. milion razy mniejsza od koncentracji w obszarach przeciw ległych. Z tego powodu obszar złącza traktuje się jako obszar pozbawiony nośników.

Różnicę potencjałów obszarów typu N i P nazywa się napięciem bariery potencjału (dla złącza Germanowych Ubp 0,5 Volt, krzemowych 1 Volt).

b) Złącze PN spolaryzowane

Po podłączeniu napięcia (do obszaru N biegun ujemny) rozpoczyna się ruch większościowych nośników prądów w stronę obszarów barierowego ich, w którym następuje proces rekombinacji. Proces ma charakter ciągły i płynie prąd I, ponieważ ujemny biegun źródła stale dostarcza elektrony do obszaru N, a biegun dodatni stale odbiera elektrony z obszaru P, czyli powstają nowe dziury.

Przy takiej polaryzacji złącza bariera potencjału obniża się o wartość napięcia zasilania Uzas. Polaryzację taką nazywa się Polaryzacją w kierunku przewodzenia.

Do obszaru N dołączono dodatni biegun źródła prądu, do obszaru P ujemny. W takiej sytuacji większościowe nośniki prądu będą się poruszać w kierunku od złącza, co powoduje wzrost bariery potencjału o Uzas i zwiększenie wewnętrznej rezystancji złącza. Jest to polaryzacja w kierunku zaporowym. Przez złącze popłynie tylko prąd wsteczny nośników mniejszościowych (zależny od temperatury złącza).

---