skanuj0111

220

Z udanie 2

Na podstawie wykresu wyznaczyć parametry h badanego tranzystora w układzie ze wspólnym emiterem, posługując się metodą graficzną i wzorami zamieszczonymi w p.1.2.

4. Uzupełnienie

W ciałach stałych atomy oddziałują ze sobą i to prowadzi do rozszczepienia każdego dyskretnego poziomu pojedynczego atomu na bardzo wiele blisko siebie położonych poziomów, które tworzą pasmo energetyczne (rys.7). Dozwolonymi energiami elektronów w krysztale sąjedynie wartości energii z tak powstałych dozwolonych pasm energetycznych. Oddzielone są one od siebie pasmami wzbronionymi. Istotną rolę w ciałach stałych odgrywają dwa pasma: pasmo walencyjne i wyżej położone od niego pasmo przewodnictwa. W paśmie przewodnictwa jest znaczna liczba wolnych poziomów, które mogą być zajmowane przez elektrony uczestniczące w przepływie prądu. Natomiast w pa_: śmie walencyjnym wszystkie poziomy są obsadzone elektronami i zatem nie mogą one jzwiększyć swojej energii w przyłożonym zewnętrznym polu elektrycznym, aby uczestniczyć w przewodnictwie.

poziomy energetyczne atomów tworzących kryształ

poziomy energetyczne atomów izolowanych JL.

pasmo

walencyjne

ag - odległość atomów w krysztale

odległość między atomami

Rys.7. Powstawanie pasm energetycznych w krysztale

Taki model pasmowy pozwala wytłumaczyć przewodnictwo elektryczne ciał stałych w zależności od wypełnienia pasm elektronami oraz ich wzajemnego położenia. W metalach pasmo walencyjne i pasmo przewodnictwa zachodzą na siebie lub pasmo walencyjne jest tylko częściowo zapełnione elektronami, więc z łatwością mogą one przechodzić na wyższe, wolne poziomy. Izolatory mają szerokie pasmo wzbronione i energia ruchu cieplnego jest za mała, aby elektrony przeszły do pasma przewodnictwa. W półprzewodnikach wypełnione elektronami pasmo walencyjne jest oddzielone od pasma przewodnictwa pasmem wzbronionym, którego szerokość jest na tyle mała, że energia ruchu cieplnego będzie wystarczająca, aby część elektronów przeszła z pasma walencyjnego dó pasma przewodnictwa (rys.8). W paśmie walencyjnym pozostają po elektronach niewypełnione miejsca, tzw. dziury. Mogą się one przemieszczać i zachowują się jak cząstki o ładunku dodatnim, tworząc prąd dziurawy. W półprzewodnikach mamy zatem dwa prądy: prąd elektronowy, którego nośnikami są elektrony oraz prąd dziurowy, którego nośnikami są dziury. Elektrony mogą powrócić z pasma przewodnictwa do pasma walencyjnego, zapełniając dziurę i oddając nadmiar energii, a proces ten nazywamy rekombinacją.

kierunek pola elektrycznego

ruch elektronów w paśmie przewodnictwa

wąska przerwa energetyczna

walencyjne

elektron

© dziura

Rys. 8. Wzbudzenia elektronów z pasma walencyjnego do pasma przewodnictwa

Ze wzrostem temperatury rośnie ilość nośników prądu, a zatem i przewodnictwo elektryczne półprzewodnika, a maleje opór właściwy. Taki mechanizm mamy w czystych materiałach (np. w Si, Ge, GaAs) zwanych półprzewodnika-mi samoistnymi.

Rozważmy teraz strukturę przestrzenną półprzewodników samoistnych należących do IV grupy układu okresowego, Ge i Si. Atomy ich mają po cztery elektrony walencyjne, które biorą udział w wiązaniu chemicznym. Każdy atom związany jest ze swoimi czterema najbliższymi sąsiadami wiązaniami kowalencyjnymi. Wiązanie kowalencyjne tworzą dwa elektrony, to jest po jednym elektronie z każdego atomu biorącego udział w wiązaniu. Oderwanie takiego elektronu od atomu jest możliwe, ale wymaga dostarczenia mu pewnej ilości