Dr. Pap László jegyzete - BME Hálózati Rendszerek és ...

3.1. A FÉLVEZETŐ ESZKÖZÖK MŰKÖDÉSÉNEK FIZIKAI ALAPJAI 29
L
Semleges tiszta tömb
igen kevés szabad töltés
Spontán generált töltéspárok
U
I
A
3.3. ábra. Egy elektromosan semleges tiszta félvezető tömb.
kifejezés alapján a tömb G vezetése (R ellenállása) a
G = 1 R = nqµ A
n
L
[ 1 m 2
m 3Asm2 Vs m = A V = 1 ]
Ω
(3.6)
kifejezéssel adható meg.
Ha n, a szabadon mozgó töltések sűrűsége nagy, akkor a tömb jó vezető, ha kicsi, akkor a tömb
lényegében szigetelőként viselkedik.
Ohmos vezetés tiszta félvezetők esetén
Egy elektromosan semleges tiszta félvezető tömb ohmos vezetését a 3.3. ábrán illusztráljuk.
Az ábrán egy L [m] hosszúságú és A [ m 2] keresztmetszetű tiszta félvezető (például szilícium)
egykristály tömb látható, amely elektromosan semleges. Az elektromos semlegesség itt is annyit jelent,
hogy az anyagban az elektronok és protonok száma azonos. A protonok az anyagot alkotó atomok
magjában helyezkednek el, ezért mozgásra képtelenek, és alaphelyzetben (elvileg 0 [ K 0] hőmérsékleten)
az elektronok is mozgásra képtelenek, mivel mindannyian részt vesznek a félvezető kristályra
jellemző kémiai kötésekben. Magasabb hőmérsékleten a hőmozgás hatására az elektronok közül igen
kevés "kiszabadul" a kristályszerkezetből, és elektromos erőtérben szabadon képes mozogni, ugyanakkor
a kilépő elektron helyén elektronhiány (lyuk) keletkezik, és ez a lyuk úgy viselkedik, mint egy
q töltésű pozitív részecske, ami szintén mozogni tud az elektromos erőtér hatására (az ábrán ezt szimbolizálja
az azonos számú szabadon lévő pozitív és negatív töltés jelképe). Ezek a szabad elektronok
és lyukak azok, amelyek magasabb energiájú állapotban vannak (az úgynevezett vezetési sávban tartózkodnak).
Az elektronok és lyukak mozgékonysága egyébként különböző, tipikusan µ n = 0,13
[
m 2 /Vs ] ,µ p = 0,045 [ m 2 /Vs ] .
Ha egy szabad elektron egy lyukkal találkozik, akkor az elektron belép a kristályszerkezetbe, és
a szabad elektron-lyuk pár eltűnik. Ezt a jelenséget rekombinációnak nevezzük. Mindez azt jelenti,
hogy egy tiszta félvezető egykristályban állandósult állapotban egységnyi idő alatt a hőmozgás hatására
éppen annyi szabad elektron-lyuk pár keletkezik, mint amennyi ugyanannyi idő alatt rekombinálódik.
A tiszta félvezető tömbben a szabadon mozgó elektronok és lyukak száma mindig azonos, számuk
csak az abszolút hőmérséklettől függ, és általában igen kicsi, így a tiszta félvezető tömb ellenállása
igen nagy, gyakorlatilag közel esik a szigetelő anyagokéhoz.
Ohmos vezetés n típusú adagolt (szennyezett) félvezetők esetén
Az n típusú adagolt (szennyezett) félvezető tömb ohmos vezetését a 3.4. ábrán illusztráljuk.
Az ábrán egyL[m] hosszúságú ésA [ m 2] keresztmetszetű n típusú adagolt (szennyezett) félvezető
egykristály tömb látható, amely elektromosan semleges. Az elektromos semlegesség most is annyit