Polovodiče Kód ITMS projektu: 26110130519 Gymnázium Pavla Jozefa Šafárika – moderná škola tretieho tisícročia Polovodiče Vzdelávacia oblasť:  Človek a príroda Predmet  Fyzikálny seminár Ročník, triedy:  4. ročník Tematický celok:  Elektrický prúd v polovodičoch Vypracoval:  Mgr. Jolana Szanková Dátum:  február 2014

Obsah Zopakujme si Charakteristika polovodiča Termistor Vlastné polovodiče Nevlastné polovodiče PN prechod Polovodičová dióda Voltampérová charakteristika Využitie polovodičov Použité zdroje

Zopakujme si Rozdelenie látok podľa elektrickej vodivosti: vodiče - kovy napr. Ag, Cu, Al elektrolyty napr. vodný roztok NaCl polovodiče - prvky Si, Ge, Se, zlúčeniny - PbS, CdS, GaAs izolanty (dielektriká) - bakelit, sklo Porovnávanie látok pomocou merného elektrického odporu ρ: Polovodiče sú látky, ktoré sa za veľmi nízkych teplôt stávajú izolantmi.   ρ = 10-7 Ω.m - 10-8 Ω.m ρ = 10-2 Ω.m vodiče polovodiče izolanty 10-2 Ω.m 109 Ω.m Aj niektoré organické látky sú polovodiče - hemoglobín, chlorofyl.

Charakteristika polovodiča Polovodiče sú látky, ktorých elektrické vlastnosti závisia od vonkajších podmienok (od teploty, žiarenia, elektrického poľa, prítomnosti prímesí). Merný elektrický odpor polovodičov ρ so zvyšujúcou teplotou sa rýchlo zmenšuje. Merný elektrický odpor kovov so zvyšujúcou teplotou mierne zväčšuje. Závislosť merného elektrického odporu polovodiča a kovu od teploty

Termistor Veľká teplotná závislosť odporu polovodiča sa využíva pri termistoroch.  Termistor je polovodičová súčiastka, ktorá sa skladá z kúska polovodiča (napr. z oxidov UO2, NiO, Fe3O4) a dvoch elektrických prívodov. Meraním odporu termistora môžeme nepriamo merať teplotu danej látky Termistory majú rozličné tvary a veľkosti.

Vlastné polovodiče sú čisté polovodiče zbavené prímesí, napr. kremík Si Schéma kryštálovej mriežky Si: vznik párov Kremík je štvormocný, viaže sa so štyrmi susednými atómami pomocou štyroch valenčných elektrónov. Pri teplotách približujúcich sa 0 K sa kremík správa ako izolant. Pri vyšších teplotách sa môžu niektoré väzby porušiť. Zrušením niektorých väzieb vznikajú súčasne dva typy voľných častíc s nábojom, voľné elektróny a tzv. diery, častice s kladným elektrickým nábojom. generácia párov - vznik párov voľný elektrón - diera

Nevlastné (prímesové) polovodiče obsahujú prímes, iné atómy zabudované do kryštálovej mriežky čistého polovodiča, ktoré majú prebytok alebo nedostatok valenčných elektrónov prímesová vodivosť - je elektrická vodivosť spôsobená prímesami donor (darca) - prímes atómov, ktoré majú prebytok voľných elektrónov (P, N, As, Sb, Bi) akceptor (príjemca) – prímes atómov, ktoré majú nedostatok valenčných elektrónov (B, Al, Ga, In) rekombinácia – zánik párov elektrón – diera Donory poskytujú kryštálu voľné elektróny. majoritné - väčšinové častice minoritné - menšinové častice Akceptory sú schopné prijať voľné elektróny.

Nevlastné (prímesové) polovodiče v čistom polovodiči nahradíme niektoré atómy polovodiča cudzími atómami Polovodič typu N Polovodič typu P Kremík s prímesou As Kremík s prímesou In polovodiče s elektrónovou vodivosťou polovodiče s dierovou vodivosťou

PN prechod PN prechod - je rozhranie polovodiča typu P a N Na rozhraní nastane difúzia dier z P do N a elektrónov z N do P - vzniká elektrická dvojvrstva s iónmi opačnej polarity, ktorá bráni ďalšej difúzii väčšinových voľných častíc. Oblasť prechodu má veľký elektrický odpor, má schopnosť usmerňovať - prepúšťa prúd iba jedným smerom. javy prebiehajúce na rozhraní dvoch polovodičov s rozličným typom vodivosti sa v praxi často využívajú

Polovodičová dióda je polovodič s prechodom PN Zapojenie v priepustnom smere Zapojenie v závernom smere prepúšťa prúd iba jedným smerom

Voltampérova charakteristika graf závislosti prúdu prechádzajúceho polovodičovou diódou a napätia na dióde zvyšovaním napätia na dióde zapojenej v priepustnom smere sa prúd rýchlo zväčšuje, ale dióda sa môže prechodom príliš veľkého prúdu poškodiť Diódový jav - jav závislosti elektrického odporu polovodiča s prechodom PN od polarity vonkajšieho zdroja pripojeného k polovodiču.

Využitie polovodičov Termistor - sa využíva na meranie a reguláciu teploty Fotorezistor - je polovodičový prvok, ktorého odpor sa mení s osvetlením. Používa sa na reguláciu a zmenu osvetlenia. Polovodičová dióda - používa sa na usmerňovanie striedavého prúdu Fotodióda - dióda určená predovšetkým pre detekciu zmien svetla a premenu svetla na elektrický prúd/napätie LED (svetelné) diódy - používajú sa ako indikátory

Použité zdroje Bednařík M., Svoboda E. a kol.: Fyzika pre 2.ročník gymnázií, 1993, SPN, Bratislava Tarábek, P. a kol.: Zmaturuj z fyziky, Didaktis, Bratislava, 2011 Lank V., Vondra M.: Fyzika, 2008, Fragment s.r.o. http://www.oskole.sk/userfiles/image/zaida/fyzika/Polovodi%C4%8D_html_m5649dfc5.jpg http://www.oskole.sk/userfiles/image/zaida/fyzika/nevl_polov__html_116ac9ec.jpg http://www.oskole.sk/userfiles/image/zaida/fyzika/Polovodi%C4%8D_html_6eca8a65.png http://www.oskole.sk/userfiles/image/zaida/fyzika/nevl_polov__html_m3 21331c2.jpg