Materiály a technická dokumentace - UMEL - Vysoké učení ...

76 Fakulta elektrotechniky a komunikačních technologií VUT v Brně
V praxi nacházejí uplatnění polovodičové materiály jak s uspořádanou strukturou (krystalické,
polykrystalické) tak materiály s méně uspořádanou až amorfní strukturou. Například křemík
se používá nejčastěji ve formě monokrystalické, známé jsou však i aplikace využívající
polykrystalický, resp. amorfní křemík (sluneční články). Struktura je v tomto případě určena
technologií výroby polovodičového materiálu. Pro organické polovodiče, jejichž význam
roste zejména v posledním období, je typická struktura s menší mírou vnitřního uspořádání,
obvykle amorfní.
4.1.1 Elementární polovodiče
Do této skupiny polovodičových materiálů patří 11 chemických prvků, z nichž dnes
nejvýznamnější jsou křemík a germanium. Oba tyto prvky krystalizují v kubické, plošně
centrované mřížce diamantového typu. Mřížka je znázorněna na obr. 4.3a. Z obrázku je
patrné, že každý atom polovodičového prvku v mřížce je obklopen čtyřmi nejbližšími
sousedními atomy.
a) b)
Obr. 4.3 Mřížka kubická, plošně centrovaná a) diamantového a b) sfaleritového typu
Křemík i germanium mají čtyři valenční elektrony, jednotlivé atomy jsou v mřížce vázány
kovalentní vazbou. Pokud jsou všechny uzlové polohy krystalové mřížky obsazeny atomy
daného prvku, hovoříme o vlastním nebo též intrinsickém polovodiči. Pokud je část uzlových
poloh mřížky obsazena atomy s rozdílným počtem valenčních elektronů polovodič se nazývá
příměsový. V případě křemíku a germania se jako elektricky aktivní příměsi používají prvky
3. a 5. skupiny periodické soustavy prvků, se 3, resp. 5 valenčními elektrony. Tyto příměsi
významným způsobem ovlivňují elektrickou vodivost základního polovodičového materiálu.
Rozdíl energií mezi vodivostním a valenčním pásem (viz kap. 4.2) určuje šířku zakázaného
pásu polovodičového materiálu. Se šířkou zakázaného pásu souvisí i teplota, do které jsou
součástky vyrobené z daného materiálů použitelné. Tato teplota je u křemíku 400 K, u
germania 330 K. Vybrané fyzikální parametry křemíku a germania jsou uvedeny v tab.4.1.
4.1.2 Binární sloučeninové polovodiče
Z binárních sloučeninových polovodičů jsou nejvýznamnější sloučeniny prvků 3. a 5. skupiny
periodické soustavy prvků, které se označují společným symbolem A III B V . Ve většině případů
krystalizují v mřížce kubické plošně centrované, sfaleritového typu. Mřížka je znázorněna na
obr. 4.3b. Vazba u těchto sloučeninových polovodičů je převážně kovalentní s menším
podílem vazby iontového charakteru. Jako elektricky aktivní příměsi se používají prvky 2., 4.,
a 6. skupiny soustavy prvků. Sloučeninové polovodiče A III B V nacházejí uplatnění při vyšších
teplotách, vyšších frekvencích a v optoelektronických aplikacích. Nejužívanějším materiálem
z této skupiny je arzenid galia (GaAs), součástky z tohoto materiálu jsou použitelné do teplot