I. Úvod do polovodičov

12.09.2007 16:56 | Ripxter

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.

    • Re: I. Úvod do polovodičov 12.09.2007 | 19:36
      Avatar bhole   Používateľ

      super clanok. presne takto som si predstavoval rozsirenie tem na blackhole. ze mi to prinesie nove poznatky o ktorych som doteraz nic nevedel. a celkom prijemnou formou. dik a tesim sa na dalsie.

    • Re: I. Úvod do polovodičov 21.02.2008 | 15:17
      Avatar blackhole   Návštevník

      pamatam si na tie strasne hodiny elektrotechniky, elektrotechnologie, elektroniky, elektrotechnickych merani a neviem coho este .. tie myslienky ma strasia doteraz .. a na blackhole na mna vybafnes takyto clanok? :)

      velmi pekne, rad som si precital a tesim sa na pokracovanie ...

    • Re: I. Úvod do polovodičov 12.09.2007 | 22:49
      Avatar blackhole_socket   Používateľ

      pekne si to začal ...len neviem kam sa stým chceš dostať ...(teoria polovodičové sučiastky sa da preberať 2roky ..to ti dosvečím :) ... bolo by faj keby si natukol aj do klopných obvodov a dalších hračiek ...ale určite fajn članok pre nahliadnutie do HW počítača ako takého ...

      • Re: I. Úvod do polovodičov 13.09.2007 | 18:17
        Avatar Ripxter   Používateľ

        Ano, teoria polovodicov je velmi rozsiahla. Samozrejme, ze tu nebudem vsetko pisat. Ide hlavne o to, aby kazdy, kto nestuduje v tejto oblasti aspon trochu pochopil (aj s dalsimi clankami) danu problematiku.
        --------------
        Chyby sú užitočné, musia byť však rýchlo objavené.

        Maynard Keynes

        ------------------------------------------ Predpoklad na úspech je v tom, že konáme to, čomu dobre rozumieme, nepomýšľajúc pritom na slávu --Henry Wadsworth Longfellow
      • Re: I. Úvod do polovodičov 15.10.2007 | 10:51
        Avatar blackhole   Návštevník

        2 roky :D
        to si asi malo povedal

        ale fajn clanok

        icq: 341 935 569
        mail: kali@ynet.sk
        web: kali.yweb.sk

        Smile and the world will smile with you, cry and you will cry alone.

    • Re: I. Úvod do polovodičov 13.09.2007 | 07:58
      Avatar blackhole   Návštevník

      Super clanok, len tak dalej.

    • Re: I. Úvod do polovodičov 13.09.2007 | 14:53
      Avatar blackhole   Návštevník

      v skratke si to celkom pekne vystihol.... konecne nieco na co mozem reagovat....(super!!!)

      Did you ever think you could change the world
      The world will change you, it will break you down...

    • Re: I. Úvod do polovodičov 13.09.2007 | 17:49
      Avatar blackhole   Návštevník
      Vlastna vodivost podla mna ma vyuzitie, napriklad v termistoroch. Potom este neviem, ci to nahodou nie je PN - prechod. Inak pekne spracovane, aj ked diera tam mohla byt znazornena ako prazdny kruh a mohlo by byt, a u vlastnych polovodicov ze diera sa sprava ako kladna castica a ze to prave kvoli prebytku protonov v jadrach. Celkovo je to dobry clanok, uz sa tesim na pokracovanie.
    • polovodice a elektronky vs. radioaktivita 14.09.2007 | 23:08
      Avatar blackhole   Návštevník

      Okrem toho ze existuje v tranzistoroch priecho NP, ktory sa otvara prilozenym napatim o spravnej polarite (pri opacne polarite sa priechod uzavrie), sa da priechod otvorit aj inak.
      Napr. dopadom svetla ide o fotodiody(fototranzistory) ktore mame v TV ovladacoch. Funguje to aj vratne teda opacne ako LED-ky svietiace diody.
      A tiez RADIOAKTIVNYM ZIARENIM. Je to mozno malo zname ale vsetky polovodice (TV, PC, mobily...) by prestali fungovat v priprade radioaktivneho zamorenia. V pripade radioaktivneho vybuchu dochadza k otvoreniu priechodov. To samo o sebe suciastku neznici ale prilezeny zdroj napatia spolu s otvorenym priechodom sposobi skrat ktory znici vsetky priechody. Tedy pri radioaktivnom oziareni nebudu ziadne elektronicke zariadenia fungovat (ak nebudu za betonovou stenou:).
      Take elektronky su voci takemuto ziareniu odolne a funguju dobre aj tak. Takze vo vojenskej technike sa este stale pouzivaju elektronky.
      Elektronky sa pouzivaju dnes este vo vykonnych radiovych vysielacoch a niektorych lietadlach ktore lietaju v ionosfere. Tymi lietadlami si nie som uplne isty.
      Elektronky oproti tranzistorom pracuju s velkymi napatiami a malym prudmy. Radovo stovky voltov nie je problem ale prudy davaju len velmi male radovo mikro mili az maximalne nejaky ten amper (preto su vhodne do radiovych vykonovyvh vysielacov).
      Tranzistory zvladaju v pohode desiatky amper ale desiatky voltov trochu tazsie a stovky voltov este tazsie.