A félvezetők működése Elmélet

Az előadások a következő témára: "A félvezetők működése Elmélet"— Előadás másolata:

1 A félvezetők működése Elmélet
Félvezetők fizikája A félvezetők működése Elmélet Szakképzési Portál

2 Az atomok energia szintjei
A Bohr modell szerint az atommagban lévő elektronok csak bizonyos megengedett energiaszinteket foglalhatnak el. Alacsony hőmérsékleten az elektronok a megengedett energia szintek közül a legalacsonyabbakat töltik be. Bohr: atommag (proton) + elektron = kifelé elektromosan semleges atom Legkülső elektronhéjon lévő elektronok a vegyérték (valencia) elektronok. (max. 8) Az elektronok csak meghatározott energiamennyiséggel rendelkezhetnek, amelytől függ a pályájuk atommagtól való távolsága. A közel azonos energiájú pályák megengedett energiasávokat alkotnak. Tiltott sáv Két energiasáv közé eső energia értéket az elektronok nem vehetnek fel. Szakképzési Portál

3 Sávmodell Minél kisebb a tiltott sáv szélessége, annál kevesebb külső energia szükséges ahhoz, hogy az elektron a vegyértéksávból a vezetési sávba kerüljön. A vezetők már szobahőmérsékleten felvesznek a környezetükből hőenergiát, amely elegendő a szabad töltéshordozók létrehozásához Szakképzési Portál

4 Félvezetők szennyezése
A szilícium kristály tiszta formájában (abszolút 0 fokon) jó szigetelő, az összes elektron a szilícium atomhoz kötött A Si atomok kicserélése egyéb atomokkal megváltoztathatja a félvezető villamos tulajdonságait A csoportszám a vegyértéksávbeli elektronok számát jelzi Pl. a Si esetében a vegyértékelektronok száma 4, a csoportszám: IV A töltéshordozók száma adalékanyagok hozzáadásával növelhető Az adalékanyagok a kristályrácsba beépülve a félvezető atomjait helyettesítik Donor anyagok: 5 elektron a külső sávban (P, As, Sb) Akceptor anyagok: 3 elektron a legkülső sávban (B, Al, Ga, In) Szakképzési Portál

5 Donor adalékolás Szakképzési Portál

6 Az anyag: n típusú félvezető
Donor adalékolás A félvezető helyére beépült atom magjának +5 töltését a külső elektronhéj 5 elektronja ellensúlyozza A kovalens kötésből a külső elektron héjon lévő 9. elektron (ami Wd donor energia szint ) könnyen kiszakad a kötésből és áramvezetésre képes szabad elektronként jelentkezik Az atommag helyhez kötött pozitív töltése ellensúlyozatlan Így a kristályrácsban helyhez kötött helyi pozitív töltés jelentkezik Donor anyagok: Foszfor (P), Arzén (As), Antimon (Sb) Elektronok: többségi töltéshordozók Lyukak: kisebbségi töltéshordozók Az anyag: n típusú félvezető Szakképzési Portál

7 Akceptor adalékolás Szakképzési Portál

8 Akceptor adalékolás A legkülső elektronhéjon 3 elektron
Kis energia hatására egy elektron a vegyértéksávból elfoglalja a kötésből hiányzó elektron helyét Helyhez kötött negatív töltés a kristályrácsban np: elektron sűrűség , pp: lyuk sűrűség np<pp Akceptor anyagok: Bór (B), Alumínium (Al), Gallium (Ga), Indium (In) Elektronok: kisebbségi töltéshordozók Lyukak: többségi töltéshordozók Az anyag: p típusú félvezető Szakképzési Portál