MateriÃƒÂ¡ly a technickÃƒÂ¡ dokumentace - UMEL - VysokÃƒÂ© uÃ„ÂenÃƒÂ ...

More documents

Recommendations

Info

Materiály a technická <strong>dokumentace</strong>, část Materiály v elektrotechnice 79 4.1.5 Organické polovodiče Význam této skupiny polovodičových materiálů roste zejména v posledním období. Přitom je dlouhodobě známo, že řada organických materiálů vykazuje polovodičové vlastnosti. Jsou to makromolekulární látky, u nichž se ve vazbách spojujících uhlíkové atomy střídají jednoduché a dvojné vazby. Současné využití organických polovodičů je ve výrobě luminiscenčních diod a barevných displejů. Ve fázi vývoje je výroba tranzistorů, problémy jsou spojeny s malou pohyblivostí elektronů v organických polovodičích. Výhodou organických polovodičů je možnost využití jednodušších technologií při výrobě polovodičových součástek a tím i výrazné snížení jejich cen. Kontrolní otázky: 1) Které nejvýznamnější elementární polovodičové materiály znáte, jaký mají typ krystalové mříže? 2) Který nejužívanější binární sloučeninový polovodič ze skupiny A III B V znáte, jaký je typ jeho krystalové mříže? 3) Naznačte možné členění polovodičových materiálů na základě jejich složení. 4) Jak se dělí polovodičové materiály z hlediska jejich struktury? 5) Co přináší možnost využití tuhých roztoků binárních sloučeninových polovodičů, v které oblasti nacházejí zejména uplatnění? Shrnutí: V kapitole je uvedeno členění polovodičových materiálů provedené na základě jejich struktury a složení a přehled hlavních skupin polovodičových materiálů včetně aplikačních oblastí. 4.2 Redukované pásové modely Cíl: Seznámení s pásovými modely pevných krystalických látek a rozdíly v pásové struktuře kovů, polovodičů a izolantů. U polovodičů vytvoření představy redukovaných pásových modelů polovodiče vlastního, příměsového N typu a P typu. Pásové modely znázorňují dovolené a zakázané hodnoty energií elektronů v pevné krystalické látce. Pro většinu výkladu vystačíme s představou tzv. redukovaného pásového modelu. Redukovaný pásový model vlastního polovodiče je znázorněn na obr. 4.5., kde jsou pro porovnání zobrazeny i pásové modely izolantu a kovu. Bývá zvykem energii v pásových modelech vyjadřovat v eV (elektronvoltech), 1 eV = 1,6.10 -19 J. Obr. 4.5 Redukované pásové modely izolantu, polovodiče a kovu při teplotě T → 0 K. Šrafovaně jsou vyznačeny hladiny obsazené elektrony.
80 Fakulta elektrotechniky a komunikačních technologií VUT v Brně Z představy redukovaných pásových modelů vyplývá, že zatímco izolant a polovodič se liší jen vzdáleností mezi pásem valenčním, obsazeným valenčními elektrony, a nejbližším vyšším pásem dovolených energií (u polovodičů pásem vodivostním), kov je charakterizován tím, že má buď neúplně obsazený poslední nejvyšší energetický pás, jak je znázorněno na obr. 4.5., nebo se poslední plně zaplněný energetický pás překrývá s nejbližším vyšším pásem dovolených energií. Elektrony v kovu tak z hlediska představy redukovaného pásového modelu mohou přijmout libovolně malou energii již při nejnižších teplotách a přispívat k jeho vodivosti. U polovodiče je k tomu, aby byl schopný vést elektrický proud, zapotřebí dodat elektronům ve valenčním pásu energii větší nebo rovnu šířce zakázaného pásu W g , tedy energii potřebnou k tomu, aby elektron mohl přestoupit do pásu vodivostního a stát se tzv. volným elektronem. Současně však po jeho přestupu zůstává neobsazené místo v pásu valenčním – tzv. volná díra. Obdobná situace nastává u izolantů s tím rozdílem, že energie potřebná k uvolnění elektronu z valenčního pásu je velmi vysoká a srovnatelná s vazební energií atomů v pevné látce. Reálná pásová struktura pevných látek je komplikovanější, než jak ji představují redukované pásové modely. 4.2.1 Redukovaný pásový model příměsového polovodiče Pásový model polovodiče z obr.4.5. odpovídá vlastnímu (intrinsickému) polovodiči, tj. polovodiči, který neobsahuje aktivní příměsi. V tomto případě volný elektron v pásu vodivostním pochází z pásu valenčního, odkud se do pásu vodivostního dostane přes zakázaný pás energií působením tepelné, případně jiné formy energie. U příměsového polovodiče jsou umístěny elektricky aktivní atomy cizího prvku v substitučních místech krystalické mřížky čistého, vlastního polovodiče. Cizí atom tedy zaujímá regulérní mřížkové místo a může být elektricky aktivní, má-li mocenství odlišné od atomů základní mřížky. Má-li zabudovaný substituční atom o jeden elektron více než má atom základní mřížky (např. atom As v Si), vytváří donorové centrum, v opačném případě (např. Al v Si) dojde k vytvoření akceptorového centra. Situace je schematicky znázorněna na obr.4.6. a) b) Obr. 4.6 Schematické znázornění krystalické mřížky příměsového polovodiče a) N typu a b) P typu V případě arzénu jako donorového atomu (donoru) v krystalické mřížce křemíku je pátý valenční elektron arzénu nevyužitý k vytváření kovalentní vazby se čtyřmi sousedními atomy křemíku. Je proto jen lehce vázán a již malá tepelná energie při pokojové teplotě stačí k plné ionizaci všech atomů arzénu, které tak přispívají po jednom elektronu do pásu vodivostního.
Page 1 and 2:
Doc. Ing. Josef Jirák, CSc., Prof.
Page 3 and 4:
2 Fakulta elektrotechniky a komunik
Page 5 and 6:
Page 7 and 8:
Page 9 and 10:
Page 11 and 12:
10 Fakulta elektrotechniky a komuni
Page 13 and 14:
Page 15 and 16:
Page 17 and 18:
Page 19 and 20:
Page 21 and 22:
Page 23 and 24:
Page 25 and 26:
Page 27 and 28:
Page 29 and 30: 28 Fakulta elektrotechniky a komuni
Page 79: 78 Fakulta elektrotechniky a komuni
Page 101 and 102: 100 Fakulta elektrotechniky a komun
Page 130:
Název učebního textu 1
show all

MateriÃƒÂ¡ly a technickÃƒÂ¡ dokumentace - UMEL - VysokÃƒÂ© uÃ„ÂenÃƒÂ­ ...

Create successful ePaper yourself

Delete template?

Save as template?

MateriÃƒÂ¡ly a technickÃƒÂ¡ dokumentace - UMEL - VysokÃƒÂ© uÃ„ÂenÃƒÂ ...