DSCF0764

139

4.2 Półprzewodnikowe elementy i układy elektroniczne

lencyjnego) do pasma przewodzenia następuje samoistnie już w temperaturze otoczenia (20°C). Z migracją tą związane jest oczywiście zjawisko zrywania więzi wewnątrzkrystalicznych materiału półprzewodnikowego, wynikających z istnienia wspólnych par elektronów walencyjnych.

Każdy elektron walencyjny, który staje się elektronem swobodnym, niezależnie od przyczyn wywołujących tę zmianę, pozostawia w paśmie walencyjnym obszar zwany dziurą lub defektem elektronowym. Z zasady zachowania ładunku wynika, że obszar ten powinien wykazywać ładunek dodatni. Wobec tego proces migracji elektronów walencyjnych może być interpretowany jako proces generacji par nośników ładunków (elektron-dziura). Właściwości elektryczne półprzewodników (przewodnictwo elektryczne) zależą od koncentracji nośników ładunków w postaci par dziura-elektron. Intensywność procesu generacji par elektron--dziura zależy od rodzaju materiału półprzewodnika oraz temperatury otoczenia.

Przewodnictwo półprzewodników wzrasta wraz ze wzrostem temperatury.

Zależność przewodnictwa elektrycznego półprzewodników od temperatury jest wykorzystywana w praktyce do budowy przyrządów półprzewodnikowych zwanych termistorami. Termistory są wykorzystywane np. do pomiaru lub stabilizacji temperatury. Termistor jest elementem, którego rezystancja jest jednoznaczną funkcją temperatury. Zatem można dokonywać pomiaru temperatury przez pomiar rezystancji termistora przebywającego w tej temperaturze przy znajomości jego charakterystyki (zależności rezystancji od temperatury).

Przewodnictwo samoistne półprzewodników wynika z procesu generacji par dziura-elektron.

Półprzewodniki o przewodnictwie samoistnym nazywamy półprzewodnikami typu I¹. Półprzewodniki typu I wykorzystywane są np. w konstrukcji fotodiod typu PIN. W fotodiodach PIN występuje efekt przewodnictwa samoistnego stymulowanego przez energię świetlną dostarczoną do warstwy półprzewodnika typu I. Ten efekt nazywany jest również wewnętrznym efektem fotoelektrycznym i wykorzystywany jest w konstrukcji fo-torezystorów Fotorezystor jest elementem półprzewodnikowym, którego rezystancja zależy od strumienia świetlnego padającego na warstwę półprzewodnika typu I.

W przypadku gdy elektron z pasma przewodzenia zostanie przeniesiony do pasma walencyjnego, to nastąpi zjawisko odwrotne do procesu generacji, a mianowicie zjawisko zaniku pary nośników elektron-dziura. W wyniku tego zjawiska następuje odbudowa więzi w sieci krystalicznej półprzewodnika. Proces zaniku pary nośników ładunku i odbudowy sieci krystalicznej półprzewodnika nazywa się rekombinacją².

Spolaryzowanie półprzewodnika samoistnego przez przyłożenie napięcia z zewnętrznego źródła napięcia wywołuje przepływ prądu elektrycznego w wyniku przepływu ładunków ujemnych (elektronów) w kierunku potencjału dodatniego źródła i ładunków dodatnich (dziur) w kierunku potencjału ujemnego.

4.2.1.2 Właściwości półprzewodników typu P i N

Domieszkowanie półprzewodników

Liczbę nośników ładunku elektrycznego w materiałach półprzewodnikowych można znacznie zwiększyć przez wprowadzenie obcych atomów do sieci krystalicznej półprzewodnika. Proces taki nazywany jest domieszkowaniem. Wskutek domieszkowania ulega zaburzeniu regularna struktura krystaliczna półprzewodnika, zaś miejsce zaburzenia nazywane jest defektem sieci krystalicznej.

Półprzewodniki typu N

Jeśli w sieć krystaliczną półprzewodnika czterowarościowego, jakim jest krzem (Si), zostaną wprowadzone domieszki w postaci atomów pięciowartościowego antymonu (Sb), to z każdym z nich będą mogły być związane tylko cztery elektrony walencyjne (rys. 1 na następnej stronie). Piąty elektron walencyjny antymonu jest słabo związany z jądrem własnego atomu. Wystarczy zatem doprowadzenie niewielkiej porcji energii zewnętrznej np. w postaci ciepła, aby elektron ten został przeniesiony do pasma przewodzenia. Wzbudzony elektron jest elektronem swobodnym mogącym swobodnie poruszać się w siatce krystalicznej krzemu. W wyniku przejścia elektronu do warstwy przewodzenia w siatce krystalicznej krzemu pozostaje dodatnio naładowany nieruchliwy jon antymonu.

• ang intnnsic - właściwy, prawdziwy; ² łac. recornbinare = łączyć ponownie.