| s-101
| Polovodič typu * vzniká tím, že do čistého čtyřmocného polovodičového materiálu zavedeme některý pětimocný prvek, který má pět elektronů na své vnější slupce. |
| s-102
| Může to být fosfor, arzén nebo antimon. |
| s-103
| Tyto úmyslně zaváděné příměsi nazýváme donory, protože jenom čtyři periferní elektrony mohou vytvářet kovalenční vazbu se sousedními atomy germania nebo křemíku, kdežto pátý periferní elektron je ke svému atomu vázán velmi volně, a to přitažlivou silou svého negativního náboje a pozitivního náboje zbytku příměsového atomu. |
| s-104
| Elektron uvolněný donorem se dále pohybuje jako volný elektron a příslušný polovodič je typu * , protože elektrony v něm jsou většinovými nosiči. |
| s-105
| Donorový atom, který pozbyl jeden elektron, stává se kladně nabitým iontem pevně zasazeným v krystalové mřížce. |
| s-106
| V energetickém diagramu na * je energetická úroveň donorů vyznačena v malé vzdálenosti pod dolní hranicí vodivostního pásu. |
| s-107
| Při pokojové teplotě dostanou se elektrony z donorů v zakázaném pásu do vodivostního pásu překonáním malého energetického rozdílu. |
| s-108
| Na * je vynesen počet kvantových stavů zcela obdobně jako na ? . |
| s-109
| Na * je znázorněna situace, donory dotovaného základního germaniového nebo křemíkového materiálu při idealizovaném rozvinutí v rovině. |
| s-110
| V daném případě je naznačen jeden pětimocný atom fosforu v mřížce základního křemíku. |
| s-111
| Za velmi nízkých teplot jsou elektrony na nejnižších možných úrovních energie, a proto zajímají valenční pás a hladiny donorové. |
| s-112
| Stoupá- li teplota, excitují se nejprve elektrony z valenčního pásu na hladiny akceptorové a z donorových hladin do vodivostního pásu. |
| s-113
| Při vyšších teplotách mohou elektrony z valenčního pásu přecházet přímo do pásu vodivostního. |
| s-114
| Vodivost polovodičů typu * a typu * se souborně nazývá extrinsickou anebo příměsovou vodivostí, na rozdíl od dříve poznané vodivosti čistých polovodičů zvané vlastní či intrinsická. |
| s-115
| Při ionizaci čistého germania nebo křemíku vzniká pohyblivý elektron a pohyblivá díra, kdežto při ionizaci příměsi vzniká jeden pohyblivý nosič a druhý nepohyblivý iont. |
| s-116
| U příměsového polovodiče nás zajímá počet volných elektronů a volných děr, které jsou k dispozici. |
| s-117
| Budiž počet elektronů vázaných na akceptorových hladinách # , počet děr vázaných na donorových hladinách # , a to v jednotce objemu * . |
| s-118
| Celkový počet děr se musí rovnat počtu excitovaných nabuzených elektronů, které je vytvořily, tedy # . |
| s-119
| Experimentálně bylo dokázáno, že elektrony v příměsových polovodičích a kovech se řídí pravidly Fermi-Diracovými. |
| s-120
| Pravděpodobnost obsazení energetické hladiny elektronem je dána Fermi-Diracovourozdělovací funkcí, kde * je Fermiho hladina, * energie, * Boltzmannova konstanta * ergů na * , * absolutní teplota ve stupních Kelvinových. |
| s-121
| Opačným pochodem ionizace je rekombinace, při níž se volné elektrony a díry spojují, a tak oboje mizí. |
| s-122
| Může se to stát tím, že volný elektron je znovu zachycen donorovými atomem, iontem, nebo díra se může znovu zachytit na akceptorovém atomu. |
| s-123
| Při rekombinaci nosičů se uvolňuje energie obvykle v podobě fononu, což je vlastně návrat ionizační energie, která byla dříve absorbována při vytváření párů volných nosičů. |
| s-124
| Protože všechny volné elektrony a díry podléhají možnosti rekombinace, existují jako volné nosiče jenom po určité časové intervaly. |
| s-125
| Přitom je doba života volných elektronů * . |
| s-126
| * je doba života volných děr. |
| s-127
| Doby života se pohybují od nanosekund do mikrosekund. |
| s-128
| U intrinsických materiálů. |
| s-129
| V dotovaných materiálech je doba života většinových nosičů podstatně delší než doba života menšinových nosičů, protože je menší pravděpodobnost rekombinování. |
| s-130
| Rekombinaci i ionizaci napomáhají krystalové nedokonalosti. |
| s-131
| Nazývají se pasti nebo rekombinační centra, nedokonalosti krystalu se mohou vyskytovat bodově nebo v širší oblasti. |
| s-132
| Mezi bodové nedokonalosti patří vakance, vyprázdnění, chybí- li atom v krystalové mřížce, nazývá se též Schottkyho defektem. |
| s-133
| Mimořádný atom v mřížce zvaný intersticiální. |
| s-134
| Kombinuje- li se vakance s intersticiálním defektem, vzniká defekt Frenkelův. |
| s-135
| Je to tak, jako kdyby se celý atom posunul ze svého místa do místa mezilehlého. |
| s-136
| Uvedené defekty bývají důsledkem tepelného kmitání krystalové mřížky. |
| s-137
| Rozsáhlejší části krystalu mohou být postiženy dislokacemi vlivem mechanického nebo tepelného namáhání. |
| s-138
| V pevné fázi jsou nosiče ovlivňovány přítomnými atomy základní hmoty polovodiče. |
| s-139
| Dochází ke srážkám nosičů, a proto jejich průchod závisí značně na vlastnostech pevné fáze. |
| s-140
| Pro zjednodušení sledujme proud v polovodiči jednorozměrově. |
| s-141
| Rychlost elektronů zprostředkujících proud je * a hustota nábojů je * , kde * je hustota elektronu. |
| s-142
| Průřezem pak prochází proud. |
| s-143
| Sledujeme- li tento proud v krystalu podoby tyčky o průřezu * , jejíž osa splývá se směrem rychlosti, můžeme předpokládat, že proud je úměrný intenzitě elektrického pole. |
| s-144
| Tedy platí * , kde * je rozdíl potenciálu na tyčce a * její délka. |
| s-145
| Z porovnání rovnic * a * vyplývá, že rychlost * , kde * je pohyblivost elektronů zahrnující v sobě konstanty rovnic * a * . |
| s-146
| Je to materiálová konstanta a je různá u různých materiálů. |
| s-147
| Obdobně lze psát * pro díry, kde * je děrová pohyblivost. |
| s-148
| U křemíku je * # . |
| s-149
| Obecně je děrová pohyblivost menší než pohyblivost elektronová. |
| s-150
| Právě sledované rychlosti je nutné brát jako hodnoty průměrné, protože pod vlivem elektrického pole jsou sice nosiče zrychlovány, ale jejich skutečné okamžité rychlosti se mění tak, jak stále dochází ke srážkám. |
| s-151
| Kromě toho se elektrony pohybují náhodnými pohyby s rychlostí, která je větší než # * . |
| s-152
| Jejich výsledný pohyb ve směru působícího elektrického pole je jakýmsi plynutím, pro něž obvykle užíváme anglický název drift a mluvíme o driftovém proudu působeném elektrickým polem. |
| s-153
| Sledujeme- li tyčku polovodičového materiálu, v podstatě intrisického, musíme sčítat děrové a elektronové proudy k získání celkového driftového proudu. |
| s-154
| U děrového proudu, první člen na pravé straně, měli bychom náboj značit * , protože ho nese díra, ale platí * . |
| s-155
| Driftový proud lze * . |
| s-156
| Ukáže se, že přesto mezi oběma oblastmi polovodiče se ve styku vytvoří rozdíl potenciálů. |
| s-157
| V polovodiči jsou jednak nepohyblivé záporně nabité atomy dotujícího prvku skupiny Mendělejevovy tabulky, zde galia, jako akceptoru, jednak díry, které za pokojové teploty jsou volné. |
| s-158
| V polovodiči jsou jednak nepohyblivé kladně nabité atomy dotujícího prvku skupiny * , zde arzénu, jako donoru, jednak volné elektrony. |
| s-159
| Od okamžiku vzniku přechodu difundují volné elektrony oblasti k místu styku a zanechávají za sebou kladný prostorový náboj nesený nepohyblivými donorovými ionty. |
| s-160
| Rovněž tak volné díry v oblasti difundují směrem k přechodu, takže se zde setkávají s elektrony, s nimiž rekombinují. |
| s-161
| Tyto díry zanechávají za sebou v levé části záporný náboj vytvářený nepohyblivými akceptorovými ionty. |
| s-162
| Kladný náboj pravé donorové strany odpuzuje kladné volné díry levé akceptorové strany a záporný náboj levé strany volné elektrony pravé strany, takže elektrické pole působí proti difúznímu pohybu a musí nastat rovnováha. |
| s-163
| Následkem toho se vytvoří v okolí přechodu potenciálové rozložení podle * . |
| s-164
| V těsné blízkosti přechodu vzniká tedy dvojitá elektricky nabitá vrstva s polem kolmým na rovinu styku a orientovaným tak, že brání rekombinování elektronů a děr. |
| s-165
| Na přechodu existuje proto trvale elektrické pole, i když není zapojen vnější zdroj napětí. |
| s-166
| V rovnovážném stavu, kdy vnějším obvodem neprochází žádný proud, rovná se difúzní proud elektronů a děr přes přechod proudu následkem uvnitř existujícího zabudovaného elektrického pole * . |
| s-167
| Toto vnitřní elektrické pole představuje potenciálový val, který je příčinou jednosměrné vodivosti. |
| s-168
| Kritériem uvedené rovnováhy je splynutí Fermiho hladin obou opačně dotovaných oblastí v pásovém diagramu. |
| s-169
| Fermiho hladina je definována jako ta hladina, vzhledem k níž je stejně pravděpodobné, že najdeme elektron s energií # elektronvoltů nad touto hladinou, jako je pravděpodobné, že najdeme nepřítomnost elektronu s energií # elektronvoltů pod uvedenou hladinou. |
| s-170
| Stýkají- li se dvě tuhé látky v tepelné rovnováze, splývají Fermiho hladiny obou v jednu přímku. |
| s-171
| Objasníme to na * , kde * značí horní hranici valenčního pásu a * dolní hranici vodivostního pásu. |
| s-172
| Na * je diagram intrinsického polovodiče s Fermiho hladinou. |
| s-173
| Znázorňuje Fermiho hladinu u polovodiče typu * , kdežto na * je vyznačena Fermiho hladina u polovodiče typu * . |
| s-174
| Vraťme se opět ke krystalu s přechodem. |
| s-175
| Při bližším zkoumání zjistíme, že i takovým přechodem bez zapojeného vnějšího napětí procházejí protichůdné proudy, které se vzájemně kompenzují. |
| s-176
| Vznik jednoho proudu je nutné hledat v oblasti, v níž některé díry získají za pokojové teploty tepelným kmitáním tolik energie, že jsou- li blízko styku, přestoupí potenciálovou bariéru a přejdou do oblasti * . |
| s-177
| Mnoho těchto děr se vrátí zpět do oblasti a nezpůsobí žádný další účinek. |
| s-178
| Některé díry však vniknou hlouběji do oblasti, v níž po určité době rekombinují s tamními většinovými elektrony. |
| s-179
| Pohyb sledovaných děr nese proud z oblasti * do oblasti * , který označíme * . |
| s-180
| Index poukazuje na rekombinaci. |
| s-181
| Nepůsobí- li na krystalu vnější napětí, není možné, aby trvale procházel proud, protože celkový proud přechodem musí být nulový. |
| s-182
| Musí proto existovat druhý proud procházející v opačném směru. |
| s-183
| Tento proud je tvořen děrami, které vznikají v oblasti na rekombinačních centrech jako menšinové nosiče. |
| s-184
| Díry takto vznikající blízko styku difundují až k potenciálové bariéře, kterou snadno překonají a přejdou do polovodiče jako proud. |
| s-185
| Index připomíná teplotu, která podmiňuje tok tohoto proudu. |
| s-186
| Je samozřejmé, že k proudům * a * přispívají stejnou měrou i elektrony, ale pro zjednodušení vycházíme z dohody, že sledujeme pochod jenom z hlediska děr. |
| s-187
| Má to i tu výhodu, že směr toku kladných děr je již směrem proudu podle platící dohody. |
| s-188
| Zapojíme nyní na sledovaný krystal vnější stejnosměrné napětí s polaritou vyznačenou na * . |
| s-189
| Tím se snižuje potenciálový val na přechodu, jak je též patrno na potenciálovém diagramu téhož obrázku. |
| s-190
| Je zřejmé, že se podstatně zvětší děrový proud z polovodiče do části * . |
| s-191
| Kladné díry jsou přitahovány elektrostatickými silami k záporné elektrodě, záporně nabité elektrony se naopak pohybují opačným směrem. |
| s-192
| Prochází velký celkový proud ve směru propustném a přechod má malý odpor. |
| s-193
| Vzrostl tedy proud. |
| s-194
| Proud v opačném směru se však podstatně nezmění, neboť je nesen difúzí menšinových děr z oblasti * do oblasti * . |
| s-195
| Vzdálenost, do které se dostávají díry prošlé přechodem, je v oblasti * dána difúzní délkou. |
| s-196
| Říkává se, že přechod polarizovaný v propustném směru dobře vstřikuje neboli injektuje menšinové nosiče. |
| s-197
| Tytéž úvahy platí i o elektronech, které přicházejí jako menšinové nosiče do oblasti * . |
| s-198
| Přiveďme nyní na přechod závěrné napětí podle * . |
| s-199
| Tím zvětšíme potenciálovou bariéru na přechodu a proud klesne na nulu. |
| s-200
| Opačný proud prochází jako v předešlých případech beze změny, protože je nesen menšinovými děrami z části * do části * . |