Polovodiče

1. Kód ITMS projektu: 26110130519 Gymnázium Pavla Jozefa Šafárika – moderná škola tretieho tisícročia Polovodiče

2. Obsah • Polovodičová dióda • Voltampérová charakteristika • Využitie polovodičov • Použité zdroje • Zopakujme si • Charakteristika polovodiča • Termistor • Vlastné polovodiče • Nevlastné polovodiče • PN prechod

3. Zopakujme si Rozdelenie látok podľa elektrickej vodivosti: • vodiče - kovy napr. Ag, Cu, Alelektrolyty napr. vodný roztok NaCl • polovodiče - prvky Si, Ge, Se, zlúčeniny - PbS, CdS, GaAs • izolanty (dielektriká) - bakelit, sklo • Porovnávanie látok pomocou merného elektrického odporu ρ: • Polovodiče sú látky, ktoré sa za veľmi nízkych teplôt stávajú izolantmi. ρ =10-7Ω.m - 10-8Ω.m ρ =10-2Ω.m izolanty polovodiče vodiče 10-2Ω.m 109Ω.m Aj niektoré organické látky sú polovodiče - hemoglobín, chlorofyl.

4. Charakteristika polovodiča • Polovodiče sú látky, ktorých elektrické vlastnosti závisia od vonkajších podmienok (od teploty, žiarenia, elektrického poľa, prítomnosti prímesí). • Merný elektrický odpor polovodičov ρso zvyšujúcou teplotou sa rýchlo zmenšuje. • Merný elektrický odpor kovov so zvyšujúcou teplotou miernezväčšuje. Závislosť merného elektrického odporu polovodiča a kovu od teploty

5. Termistor • Veľká teplotná závislosť odporu polovodiča sa využíva pri termistoroch.  • Termistor je polovodičová súčiastka, ktorá sa skladá z kúska polovodiča (napr. z oxidov UO2, NiO, Fe3O4) a dvoch elektrických prívodov. • Meraním odporu termistora môžeme nepriamo merať teplotu danej látky • Termistory majú rozličné tvary a veľkosti.

6. Vlastné polovodiče • sú čisté polovodiče zbavené prímesí, napr. kremík Si • Schéma kryštálovej mriežky Si: • vznik párov Kremík je štvormocný, viaže sa so štyrmi susednými atómami pomocou štyroch valenčných elektrónov. Pri teplotách približujúcich sa 0 K sa kremík správa ako izolant. Pri vyšších teplotách sa môžu niektoré väzby porušiť. Zrušením niektorých väzieb vznikajú súčasne dva typy voľných častíc s nábojom, voľné elektróny a tzv. diery, častice s kladným elektrickým nábojom. generácia párov - vznik párov voľný elektrón - diera

7. Nevlastné (prímesové) polovodiče • obsahujú prímes, iné atómy zabudované do kryštálovej mriežky čistého polovodiča, ktoré majú prebytok alebo nedostatok valenčných elektrónov • prímesová vodivosť - je elektrická vodivosť spôsobená prímesami • donor (darca) - prímes atómov, ktoré majú prebytok voľných elektrónov (P, N, As, Sb, Bi) • akceptor (príjemca) – prímes atómov, ktoré majú nedostatok valenčných elektrónov (B, Al, Ga, In) • rekombinácia – zánik párov elektrón – diera Donory poskytujú kryštálu voľné elektróny. majoritné - väčšinové častice Akceptory sú schopné prijať voľné elektróny. minoritné -menšinové častice

8. Nevlastné (prímesové) polovodiče • v čistom polovodiči nahradíme niektoré atómy polovodiča cudzími atómami Polovodič typu NPolovodič typu P Kremík s prímesou As Kremík s prímesou In polovodiče s elektrónovou vodivosťou polovodiče s dierovou vodivosťou

9. PN prechod • PN prechod - je rozhranie polovodiča typu P a N • Na rozhraní nastane difúzia dier z P do N a elektrónov z N do P - vzniká elektrická dvojvrstva s iónmi opačnej polarity, ktorá bráni ďalšej difúzii väčšinových voľných častíc. javy prebiehajúce na rozhraní dvoch polovodičov s rozličným typom vodivosti sa v praxi často využívajú Oblasť prechodu má veľký elektrický odpor, má schopnosť usmerňovať - prepúšťa prúd iba jedným smerom.

10. Polovodičová dióda • je polovodič s prechodom PN Zapojenie v závernom smere Zapojenie v priepustnom smere prepúšťa prúd iba jedným smerom

11. Voltampérova charakteristika • graf závislosti prúdu prechádzajúceho polovodičovou diódou a napätia na dióde zvyšovanímnapätia na dióde zapojenej v priepustnom smere sa prúd rýchlo zväčšuje, ale dióda sa môže prechodom príliš veľkého prúdu poškodiť Diódový jav - jav závislosti elektrického odporu polovodiča s prechodom PN od polarity vonkajšieho zdroja pripojeného k polovodiču.

12. Využitie polovodičov • Termistor - sa využíva na meranie a reguláciu teploty • Fotorezistor - je polovodičový prvok, ktorého odpor sa mení s osvetlením. Používa sa na reguláciu a zmenu osvetlenia. • Polovodičová dióda - používa sa na usmerňovanie striedavého prúdu • Fotodióda - dióda určená predovšetkým pre detekciu zmien svetla a premenu svetla na elektrický prúd/napätie • LED (svetelné) diódy - používajú sa ako indikátory

13. Použité zdroje • Bednařík M., Svoboda E. a kol.: Fyzika pre 2.ročník gymnázií, 1993, SPN, Bratislava • Tarábek, P. a kol.: Zmaturuj z fyziky, Didaktis, Bratislava, 2011 • Lank V., Vondra M.: Fyzika, 2008, Fragment s.r.o. • http://www.oskole.sk/userfiles/image/zaida/fyzika/Polovodi%C4%8D_html_m5649dfc5.jpg • http://www.oskole.sk/userfiles/image/zaida/fyzika/nevl_polov__html_116ac9ec.jpg • http://www.oskole.sk/userfiles/image/zaida/fyzika/Polovodi%C4%8D_html_6eca8a65.png • http://www.oskole.sk/userfiles/image/zaida/fyzika/nevl_polov__html_m3 • 21331c2.jpg