DSCF0762 (2)

WĘ

4.2 Półprzewodnikowe elementy i układy elektroniczne

nym wprowadzeniu (domieszkowaniu) atomów pierwiastków trójwartościowych, np. indu lub pięciowartościo-wych, np. antymonu, zarówno krzem, jak i german stają się dobrymi przewodnikami prądu elektrycznego.

Rezystywność właściwa domieszkowanego krzemu lub germanu, określająca ich zdolności przewodzenia prądu elektrycznego, jest znacznie wyższa niż dla izolatorów (materiałów nie przewodzących) i znacznie niższa niż dla metali (przewodników). Z tego powodu materiały te nazywamy półprzewodnikami, tzn, materiałami o pośrednich właściwościach przewodzących.

AJ2AA Przepływ prądu w metalach i półprzewodnikach

poziomy

energetyczne atomu

Model pasmowy atomu

Elektrony krążą w atomie po ściśle określonych torach zwanych powłokami lub orbitami (powłoki: K, L, M. N. O, P i Q). Energia krążącego elektronu związana jest z powłoką, po której on krąży. Ogólnie im powłoka jest bardziej oddalona od jądra atomu, tym energia elektronu jest większa. W każdej powłoce (rys. 1) wyróżniamy ponadto podpowłoki (stany energetyczne) zwane pasmami (s, p, d, f). Każda powłoka może być obsadzona przez ściśle określoną i ograniczoną liczbę elektronów. Jeśli w powłoce krąży maksymalna liczba elektronów, to mówimy, że powłoka jest całkowicie obsadzona.

model pasmowy

Rys. 1. Energetyczny model pasmowy atomu ciała stałego

metal    półprzewodnik

Rys. 2. Energetyczne modele pasmowe metali i półprzewodników

Miarą energii elektronu jest elektronowolt [eV]. Jeden elektronowolt odpowiada energii 1,602 -10'¹⁹ J. Właściwości elektryczne ciała stałego są zdeterminowane przez konfigurację pasm energetycznych, w tym w szczególności przez położenie pasma walencyjnego (podstawowego)¹, pasma przewodzenia oraz odstępu energetycznego pomiędzy nimi (rys. 2).

Różnica pomiędzy pasmami walencyjnym i przewodzenia polega na tym, że w paśmie walencyjnym elektrony są związane z poszczególnymi atomami, podczas gdy w paśmie przewodzenia elektrony mogą swobodnie przemieszczać się pomiędzy atomami ciała stałego.

Przewodnictwo elektryczne metali

Cechą charakterystyczną metali jest zjawisko zachodzenia na siebie pasm: walencyjnego i przewodzenia (rys. 2). W związku z tym w metalach występuje względna swoboda przemieszczania się elektronów pomiędzy obu pasmami. Dzięki temu koncentracja swobodnych elektronów w paśmie przewodzenia może być znaczna Im większa jest koncentracja swobodnych elektronów w paśmie przewodzenia i ich ruchliwość, tym lepsze są właściwości przewodnictwa elektrycznego ciała stałego.

Ze wzrostem temperatury rośnie energia i ruchliwość elektronów w paśmie przewodzenia do tego stopnia, że coraz bardziej są prawdopodobne zderzenia elektronów swobodnych z atomami siatki krystalicznej ciała. Zjawisko to wpływa na ograniczenie ruchliwości elektronów.

W miarę wzrostu temperatury metali zmniejsza się swoboda poruszania się ich elektronów pozostających w paśmie przewodnictwa, a zatem pogarszają się ich właściwości przewodnictwa elektrycznego. Rezystancja właściwa metali rośnie ze wzrostem temperatury.

tac valens - silny, mocny