POLOVODIČE

1. 24. listopadu 2012VY_32_INOVACE_170209_Polovodice_DUM POLOVODIČE Autorem materiálu a všech jeho částí, není-li uvedeno jinak, je Mgr. Miroslava Víchová. Obchodní akademie a Střední odborná škola logistická, Opava, příspěvková organizace. Materiál byl vytvořen v rámci projektu OP VK 1.5 – EU peníze středním školám, registrační číslo CZ.1.07/1.5.00/34.0809.

2. 1. Polovodiče 2. Vodivost polovodičů 3. Dioda 4. Tranzistor 5. Použití polovodičových součástek

3. Polovodiče • první polovodiče byly vyrobeny až po 2. světové válce • dnes jsou součástí mnoha elektronických zařízení • mají měrný odpor ρ = 10-6 – 10-4Ωm • vedou elektrický proud hůře než kovy • Nejdůležitějšími polovodiči jsou pevné látky: křemík, germanium, selen, telur, uhlík, sulfid kademnatý a arsenid galia… Obr. 1 dále

4. Polovodiče • jejich odpor s rostoucí teplotou klesá (u kovů je tomu právě naopak) • při vyšší teplotě vedou lépe elektrický proud • Termistor • využívá teplotní závislosti odporu • u polovodičů je tato závislost označována jako NTC (negativní teplotní koeficient) • použití: teplotní čidlo (k měření teploty), • součást žhavících obvodů elektronkových • zařízení (hudební zesilovače) Obr. 2 dále

5. Polovodiče • Fotorezistor: • dříve označován jako fotoodpor • elektrický odpor se snižuje s intenzitou dopadajícího světla a současně se zvyšuje elektrická vodivost • použití: měření neelektrických veličin ve fotoaparátech (měření intenzity světla), součást požárních hlásičů, v regulační technice Obr. 3 dále

6. Polovodiče • Tenzometr • součástka reagující na změnu tlaku • Použití: k měření neelektrických veličin, jako čidlo pro diagnostiku poruch, pro zjišťování a analýzu stavu konstrukčních prvků Obr. 4 zpět na obsah další kapitola

7. Vodivost polovodičů • Elektronová vodivost – typ N (negativní) • zvýšením teploty se uvolní elektron z vazby • přidáním příměsi například fosforu (5 valenčních elektronů) do krystalu křemíku (4 valenční elektrony) zvýšíme počet volných elektronů a podpoříme elektronovou vodivost • příměsi z páté skupiny PSP způsobí přebytek elektronů ve vazbě dále

8. Vodivost polovodičů • Děrová vodivost – typ P (pozitivní) • na pozici chybějícího elektronu vznikne prázdné místo – díra, která se chová jako kladná částice • přidáním příměsi, např. india (3 valenční elektrony) do krystalu křemíku zvýšíme počet děr a podpoříme děrovou vodivost • příměsi z třetí skupiny PSP způsobí nedostatek elektronů ve vazbě dále

9. Vodivost polovodičů • Vlastní polovodiče • čisté polovodiče bez příměsí • používá se monokrystalický křemík • elektrony můžeme excitovat teplem, • světlem nebo silným elektrickým polem Obr. 5 dále

10. Vodivost polovodičů • Příměsové polovodiče • polovodiče obsahující atomy jiného prvku • hustota volných nositelů náboje je při nízkých hodnotách konstantní • při zvyšování teploty se uplatňuje i vodivost vlastní, což bývá u polovodičových součástek nežádoucí, a proto je musíme chladit zpět na obsah další kapitola

11. Dioda • elektronická součástka se dvěma elektrodami • založena na vlastnostech přechodu PN • Přechod PN • hustota děr a elektronů je v obou částech polovodiče různá, takže vzniká difúze volných elektronů z N do P a děr z P do N • na rozhraní se tvoří dvojvrstva s ionty opačné polarity • po připojení do elektrického obvodu v propustném směru (+ na polovodič P, - na polovodič N) prochází proud PN dále

12. Dioda • po zapojení v závěrném směru (opačně) proud neprochází PN dále

13. Dioda • Použití diod: • Fotodioda • dopadající světlo nebo jiné záření způsobí v oblasti přechodu PN vytvoření dvojice elektron – díra a podle zapojení buď dojde ke zvýšení vodivosti, nebo ke zvýšení napětí na přechodu • mění energii světelnou na elektrickou • použití: světelné čidlo Obr. 6 dále

14. Dioda • 2. Sluneční článek – fotovoltaický • velkoplošná polovodičová součástka • křemíkové články mají účinnost 20 – 30% • spojují se do slunečních baterií • mění světelnou energii na energii • elektrickou • použití: výroba elektrického proudu • (solární elektrárna) Obr. 7 dále

15. Dioda • 3. Elektroluminiscenční dioda – LED (LightEmittingDiode) • prochází-li přechodem proud v propustném směru, přechod vyzařuje světlo s úzkým spektrem • tento jev je způsoben elektroluminiscencí • pásmo spektra diody závisí na chemickém složení použitého polovodiče • výhody LE Diod • mají 10x větší účinnost než žárovky a 2x větší účinnost než zářivky • vyzařují světlo určité vlnové délky bez použití filtrů • jsou odolné vůči nárazům • mají dlouhou životnost (minimálně 10x delší než zářivky a 100x delší než žárovky) • neobsahují rtuť dále

16. Dioda • nevýhody LE Diod • vyšší pořizovací náklady • potřebujeme jich větší množství, protože svítí slaběji • musí být zapojeny podle polarity • Použití: svítidla, kontrolky Obr. 8 Obr. 9 dále

17. Dioda • 4. Laserová dioda • na přechodu PN dochází k přeměně elektrické energie na světelnou • vznikající světlo má vlastnosti laseru (užší spektrum, koherentní) • použití: v cd/ dvd /blu-ray přehrávačích, • měření vzdáleností, laserové • ukazovátko Obr. 10 zpět na obsah další kapitola

18. Tranzistor • polovodičová součástka, kterou tvoří dvojice přechodů PN • je základem všech integrovaných obvodů (procesorů, pamětí) • je založena na tranzistorovém jevu (malé změny proudu nebo napětí ve vstupním obvodu mohou vyvolat mnohem větší změny napětí ve výstupním obvodu • dělí se na bipolární a unipolární • bipolární mají tři elektrody (kolektor, báze, emitor) a podle uspořádání se dělí na NPN nebo PNP zpět na obsah další kapitola

19. Použití polovodičových součástek • Vrstvené integrované obvody - čipy • v jednom pouzdře je zabudováno velké množství vodičů, odporů, kondenzátorů, diod a tranzistorů (zk. IO) • Tyristory • regulace příkonu elektromotorů, např. tramvají, trolejbusů • spínají obvody s velkými proudy, mají minimální ztráty energie Obr. 11 dále

20. Použití polovodičových součástek • Polovodičové paměti • slouží pro ukládání dat • využívají tranzistory řízené elektrickým polem • paměti RAM v počítači (musí být stále napájeny) • Zobrazovací technologie • displeje LCD, LED, OLED Obr. 12 Obr. 13 zpět na obsah konec

21. POUŽITÁ LITERATURA ŠTOLL, Ivan. Fyzika pro netechnické obory SOŠ a SOU. Praha: Prometheus, 2003. ISBN 80-7196-223-6

22. CITACE ZDROJŮ Obr. 1 STAHLKOCHER. Soubor:MonokristalinesSiliziumfürdie Waferherstellung.jpg: WikimediaCommons [online]. 7 Ocotber 2004 [cit. 2012-11-24]. Dostupné pod licencí CreativeCommons z: http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/2/23/Monokristalines_Silizium_f%C3%BCr_die_Waferherstellung.jpg Obr. 2 HELLWIG, Ansgar. File:NTC bead.jpg: WikimediaCommons [online]. 27 July 2005 [cit. 2012-11-24]. Dostupné pod licencí CreativeCommons z: http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/3/3b/NTC_bead.jpg Obr. 3 BEMOEIAL1. File:LDR.jpg: WikimediaCommons [online]. 22 January 2006 [cit. 2012-11-24]. Dostupné pod licencí CreativeCommons z: http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/3/32/LDR.jpg Obr. 4 ZARCO. Soubor:Drátkový tenzometr.JPG: WikimediaCommons [online]. 13 February 2008 [cit. 2012-11-24]. Dostupné pod licencí CreativeCommons z: http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/e/e9/Dr%C3%A1tkov%C3%BD_tenzometr.JPG Obr. 5 SAPERAUD. Soubor:Germanium.jpg: WikimediaCommons [online]. 14 September 2005 [cit. 2012-11-24]. Dostupné pod licencí CreativeCommons z: http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/5/5e/Germanium.jpg

23. CITACE ZDROJŮ Obr. 6 ULFBASTEL. Soubor:Fotodio.jpg: WikimediaCommons [online]. 28 December 2005 [cit. 2012-11-24]. Dostupné pod licencí CreativeCommons z: http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/e/e6/Fotodio.jpg Obr. 7 SZAJCI. File:SolarPowerPlantSerpa.jpg: WikimediaCommons [online]. 4 December 2007 [cit. 2012-11-24]. Dostupné pod licencí CreativeCommons z: http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/6/62/SolarPowerPlantSerpa.jpg?uselang=cs Obr. 8 PICCOLONAMEK. File:RBG-LED.jpg: WikimediaCommons [online]. 13 August 2005 [cit. 2012-11-24]. Dostupné pod licencí CreativeCommons z: http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/c/cb/RBG-LED.jpg Obr. 9 WIKIPIMPI. File:A6 avant c6 led.jpg: WikimediaCommons [online]. 9 January 2008 [cit. 2012-11-24]. Dostupné pod licencí CreativeCommons z: http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/b/b0/A6_avant_c6_led.jpg Obr. 10 DEGLR6328. File:Laser diode array.jpg: WikimediaCommons [online]. 7 July 2007 [cit. 2012-11-24]. Dostupné pod licencí CreativeCommons z: http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/5/5b/Laser_diode_array.jpg Obr. 11 STANMAR. File:Chip.jpg: WikimediaCommons [online]. 13 April 2006 [cit. 2012-11-24]. Dostupné pod licencí CreativeCommons z: http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/f/fc/Chip.jpg

24. CITACE ZDROJŮ Obr. 12 ŠEVELA, Pavel. File:Two RAMs (3).jpg: WikimediaCommons [online]. 22 August 2011 [cit. 2012-11-24]. Dostupné pod licencí CreativeCommons z: http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/6/66/Two_RAMs_%283%29.jpg?uselang=cs Obr. 13 WADE, Matt H. File:Times Square 1-2.JPG: WikimediaCommons [online]. 16 October 2009 [cit. 2012-11-24]. Dostupné pod licencí CreativeCommons z: http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/1/18/Times_Square_1-2.JPG Pro vytvoření DUM byl použit Microsoft PowerPoint 2010.

25. Děkuji za pozornost. Miroslava Víchová