I. Úvod do polovodičov

V 21. storočí sú technické vymoženosti ako mobil alebo PC každodennou súčasťou nášho života a v súčastnosti si bez nich nevieme život ani predstaviť.Mobil nosíme denne zo sebou,PC takisto pouzivame každý deň.Každé z týchto zariadení prešlo rokmi vývoja a miniaturizácie.Každý vie ako vypadali prvé počítače na báze elektróniek. Boli obrovské,častokrát zaberali aj celé miestnosti. Ako vývoj napredoval,postupne sa zistilo,ze všetko je to neefektívne a priestorovo veľmi náročné.Preto sa začalo uvažovať nad tým ako všetko zmensiť :) Riešením sú polovodičové súčiastky.

Polovodičové súčiastky sa skladajú z polovodičových materiálov.

Čo sú to vlastne polovodiče?Sú to materiály v tuhom skupenstve,ktoré sa nachádzajú v 4. skupine periodickej tabuľky prvkov.Sú to uhlík C, kremík Si, germánium Ge, cín Sn, olovo Pb,titán Ti, zirkónium Zr. Z nich základnými prvkami sú kremík a germánium. A práve kremíku má pod stolom každý z nás viac než dosť :)
Ok,poďme nato ;)

Ak uvažujeme čistý kremík(ďalej už len Si) ,tak za normálnych okolností sa správa ako izolant.Molekuly tvoria pravidelnú kryštalickú mriežku ,v ktorej sú atómy viazané tzv.: kovalentnou väzbou.Všetky elektróny sú pevne viazané,to znamená,že kremík je zatial izolant. Akonáhle zvonku dodáme do Si kvantum energie (označme si ho w),elektróny ju prijímu a stanú sa volnými.

Kryštalická mriežka čistého kremíka

Tým pádom sme z atómu dostali ióny a to –ión(elektróny) a +ión(diery).Tým,že vznikli v čistom Si voľné nosiče náboja,vznila vlastná=intrinzická vodivosť.To znamená,že čistý Si je schopný viesť elektrický prúd.Lenže intrinzická vodivosť je veľmi malá a preto nemá žiadne využitie.
V technickej praxi sa využíva tzv. dotovaný polovodič.To znamená,že do čistého Si pridáváme prímes.
A to buď:

1.Prímes z 5. Skupiny periodickej sústavy prvkov: (Dusík,Fosfor,Arzén,Antimón,Bizmut,Vanád,Tantal,Niób)
-prímesové atómy sa uložia do kryštalickej mriežky a spoja s atómom Si.
Ak pridáme w,vzniknú voľné nosiče náboja elektróny a diery,pričom platí,že počet elektrónov je väčší ako počet dier. Je to preto,lebo atóm arzénu má 5 elektrónov, 4 naviažu kovalentnú väzbu s elektrónmi kremíka a jeden zostane voľný.Takáto vodivosť sa nazýva nevlastná a prímes z 5. Skupiny sa nazýva donor.Čiže vzniknutý vodič má donorovú vodivosť(viac elektrónov ako dier) a preto sa nazýva polovodič typu N.

2.Prímes z 3. Skupiny periodickej sústavy prvkov:
(Bór,Hliník,Gálium,Indium,Tálium,Scandium,Itrium,Lantán,Actínium)
Znovu,ak pridáme w,tak vzniknú voľné nosiče náboja,ale tentokrát plati,že dier je viac ako elektrónov. Preto lebo atóm bóru má 3 elektróny a na naviazanie kovalentnej väzby potrebuje štyri. Čiže jeden elektrón vyskočí z jednej už existujúcich väzieb a zostane po ňom diera. Ide o dierovú vodivosť.Prímes sa nazýva akceptor a vzniknutý polovodič sa nazýva polovodič typu P.

Takže keď si to zhrnemie dostaneme:
V P type polovodiča je viac dier ako elektrónov,to znamená,že diera je majoritným nosičom náboja a elektróny sú minoritným nosičom náboja.
V N type polovodiča je viac elektrónov ako dier,takže elektróny sú majoritným nosičom a diery minoritným nosičom náboja.

Ibaže samostatné polovodiče P a N typu,majú v praxi zriedkavé využitie,tak sa využíva ich špeciálne spojenie tzv. PN-PRIECHOD.
A práve PN-priechod je tá úžasná vec .Práve vďaka nemu môžeme denne čumieť na monitory,telefonovať atď...Bez neho by nam bol akýkoľvek OS alebo soft naprd :)

V ďalšej časti sa pozrieme na pn-priechod podrobnejšie, konečne sa dostaneme k základným polovodičovým súčiastkam(ako tranzistor na ktorom momentálne stojí celý svet) a povieme si niečo o základných logických obvodoch.