Nevlastní vodivost polovodiče

Nevlastní vodivost typu N

Obr. 1: Vznik polovodiče typu N

Pokud se v krystalové mříži čtyřmocného prvku nahradí některé jeho atomy pětimocným prvkem (obr. 1), např. P, As, Sb (obvykle připadá jeden atom příměsi na několik milionů atomů základního prvku), využijí se do kovalentní vazby pouze čtyři z pěti valenčních elektronů příměsi. Pátý elektron se vazby neúčastní a k jádru je poután velmi slabě. K jeho uvolnění (odtržení) postačuje energie řádu setin elektronvoltu, která je za běžných podmínek do látky trvale přiváděna (teplo z okolního prostředí, různé druhy záření atd.). Uvolněné elektrony pětimocných příměsí (tzv. donorů = dárců) se pohybují prostorem krystalové mřížky a vytvářejí vodivost zprostředkovanou pohybem záporných (negativních) nábojů, která se nazývá nevlastní vodivost typu N. Je samozřejmé, že po odtržení elektronu se atom příměsi (donoru) stane jednomocným kladným iontem, který sice působí na okolní náboje svým elektrostatickým polem, avšak sám je pevně poután v krystalové mřížce a vedení proudu se neúčastní. Dále také platí, že látka se navenek projevuje jako elektricky neutrální, protože ke každému volnému elektronu přísluší jeden kladný iont.

Nevlastní vodivost typu P

Obr. 2: Vznik polovodiče typu P

Nahradí-li se v krystalové mřížce čistého čtyřmocného polovodiče některé atomy základního materiálu atomy třímocného prvku (obr. 2), např. B, Al, Ga, In, chybí jeden elektron k tomu, aby se mohla vytvořit nasycená kovalentní vazba. Jak bylo již dříve vysvětleno, chová se volné místo ve vazbě zvané díra jako pohyblivý kladný náboj, který umožňuje vedení proudu látkou. Vodivost vytvořená tímto způsobem, kdy se k vedení proudu využívá pohybu kladných (pozitivních) nábojů, se nazývá nevlastní vodivost typu P (děrová vodivost). Atom trojmocného prvku se nazývá akceptor, neboť při zaplnění nenasycené vazby přijme (akceptuje) do své valenční sféry jeden elektron. Tím se stane jednomocným záporným iontem, který se stejně jako iont donoru vedení proudu v látce neúčastní, protože je rovněž pevně vázán v krystalové mřížce.

Vliv příměsí je značný. Nepatrné koncentrace nečistot způsobují zvětšení vodivosti polovodiče až o deset řádů. V látkách obsahujících příměsi působí současně vždy vlastní i nevlastní vodivost. Z tohoto důvodu je např. v materiálu s nevlastní vodivostí typu N kromě velkého množství volných elektronů také určitý počet pohyblivých kladných nábojů (děr) a v látce s nevlastní vodivostí typu P určitý počet volných elektronů.

Volné nosiče náboje, jejichž počet v látce převládá, tj. v látce s nevlastní vodivostí typu N elektrony a v látce s nevlastní vodivostí typu P díry, se nazývají většinové (majoritní) nosiče náboje. Nosiče opačného znaménka jsou nosiče menšinové (minoritní). V polovodiči typu N to jsou díry a v polovodiči typu P elektrony.

Polovodivé vlastnosti vykazují také sloučeniny tří a pětimocných prvků. Nejvýhodnější vlastnosti mají sloučeniny GaAs, InP a AlSb. Proti germaniu a křemíku se tyto sloučeniny nazývané také tzv. intermetalické polovodiče vyznačují obzvláště velkou pohyblivostí elektronů, čehož se využívá při výrobě vysokofrekvenčních součástek.

Zdroje

• KOUTNÝ, Jaroslav a Ivo VLK. Elektronika I učebnice.  VYTVOŘENO V RÁMCI PROJEKTU: DIGITÁLNÍ ŠKOLA: ICT VE VÝUCE TECHNICKÝCH PŘEDMĚTŮ, REG. Č. CZ.1.07/1.1.04/01.0137, Vyšší odborná škola a Střední průmyslová škola elektrotechnická, Olomouc 2009

Obrázky

• Obr. 1: KOUTNÝ, Jaroslav a Ivo VLK. Vznik polovodiče typu N, Elektronika I učebnice.  VYTVOŘENO V RÁMCI PROJEKTU: DIGITÁLNÍ ŠKOLA: ICT VE VÝUCE TECHNICKÝCH PŘEDMĚTŮ, REG. Č. CZ.1.07/1.1.04/01.0137, Vyšší odborná škola a Střední průmyslová škola elektrotechnická, Olomouc 2009
• Obr. 2: KOUTNÝ, Jaroslav a Ivo VLK. Vznik polovodiče typu P, Elektronika I učebnice.  VYTVOŘENO V RÁMCI PROJEKTU: DIGITÁLNÍ ŠKOLA: ICT VE VÝUCE TECHNICKÝCH PŘEDMĚTŮ, REG. Č. CZ.1.07/1.1.04/01.0137, Vyšší odborná škola a Střední průmyslová škola elektrotechnická, Olomouc 2009