Polovodičové Súčiastky Bez PN Priechodu: Typy a Vlastnosti

Polovodiče sú materiály, ktorých vodivosť sa nachádza medzi vodivosťou kovov a izolantov. Ich významnou vlastnosťou je zmena vodivosti pridaním cudzích látok, pričom na vedení prúdu sa podieľajú dva typy nosičov náboja - záporne nabité elektróny a kladne nabité diery. Vlastné polovodiče, ako čistý kryštalický kremík (Si), sa pri veľmi nízkej teplote správajú ako izolanty, no s rastúcou teplotou sa elektróny uvoľňujú a môžu prenášať elektrický prúd.

Charakteristika polovodičov

Polovodiče sa odlišujú od kovových vodičov a izolantov hlavne tým, že ich vodivosť sa mení v širokom rozmedzí vplyvom rôznych fyzikálnych veličín, ako je zmena teploty, svetla, tlaku a podobne. Pri veľmi nízkych teplotách (v okolí 0 K) sa polovodiče správajú ako izolanty. Na výrobu polovodičových súčiastok sa v súčasnosti používajú hlavne kremík (Si) a germánium (Ge). Čistý polovodič má veľmi malú vodivosť, preto sa vo výrobnom procese do polovodičov pridávajú presne stanovené množstvá niektorých prvkov, ktoré majú značný vplyv na zvýšenie vodivosti polovodiča.

Vlastné a prímesové polovodiče

Vo vlastnom polovodiči je rovnaký počet voľných elektrónov a dier. V prímesových polovodičoch prenáša elektrický prúd zväčša jeden typ nosičov náboja, ktorý je majoritný. Voľné nosiče s opačným nábojom sú zastúpené v značne menšom počte, sú minoritné.

Nevlastné polovodiče typu N (negatívny): Ak do mriežky vložíme atóm s 5 valenčnými elektrónmi (napr. fosfor), jeden elektrón zostane voľný. Prímesové atómy, ktoré vytvoria polovodič typu N sú donory.

Nevlastné polovodiče typu P (pozitívny): Ak do mriežky vložíme atóm s 3 valenčnými elektrónmi (napr. indium), vznikne diera bez voľného elektrónu. Prímesové atómy, ktoré vytvoria polovodič typu P sú akceptory.

Prečítajte si tiež: Typy a využitie súčiastok bez PN prechodu

PN prechod

PN prechod je oblasť v polovodiči, v ktorej sa mení typ vodivosti P na N. Fungujúci PN priechod nemôže vzniknúť iba spojením (priložením) polovodiča typu P a typu N. PN sa vytvára v jednom monokryštály polovodiča rôznymi technologickými operáciami.

Polovodičové súčiastky

Polovodičové súčiastky zahŕňajú diódy (usmerňovacie, spínacie, LED, fotodiódy, Schottkyho), tranzistory (bipolárne - PNP a NPN, unipolárne - JFET, MOS, NMOS) a iné.

Dióda

Dióda je súčiastka s jedným PN priechodom, ktorá má nelineárnu, asymetrickú voltampérovú charakteristiku. Používa sa v priepustnom aj v závernom smere:

• Priepustný smer: Ak na polovodič typu P je zapojený kladný pól zdroja a polovodič typu N je pripojený na záporný pól zdroja, cez PN prechod prechádzajú majoritné nosiče náboja.
• Záverný smer: Ak na polovodič typu P je pripojený záporný pól zdroja a na polovodič typu N kladný pól zdroja, cez PN prechod prechádzajú minoritné nosiče náboja a spôsobujú veľmi malý prúd (takmer nemerateľný) tzv. zvyškový prúd.

Typy diód

• Dióda usmerňovacia: Využíva nesymetrickú vodivosť PN priechodu alebo styku kov - polovodič (Schottkyho kontakt). Je určená na usmerňovanie striedavých prúdov a vyznačuje sa zanedbateľným odporom pri prechode prúdu jednej polarity a veľkým odporom pri prechode prúdu opačnej polarity.
• Dióda spínacia: Je súhrnný názov pre polovodičové diódy zhotovené na spínacie účely. Vyznačujú sa osobitne upravenou konštrukciou a vhodne prispôsobeným - technologickým postupom, aby sa dosiahla malá kapacita PN priechodu a krátky čas života minoritných nosičov náboja. Najčastejšie sa využívajú v spínacej a impulzovej technike.
• Dióda stabilizačná (Zenerova dióda): Vyznačuje sa prudkým zlomom závernej časti voltampérovej charakteristiky. V priamom smere majú stabilizačné diódy rovnaké vlastnosti ako usmerňovacie diódy. V spätnom smere pracujú v oblasti nedeštruktívneho prierazu spôsobeného prevažne lavínovým javom alebo Zennerovým javom. V prechodnej oblasti sa uplatňujú obidva javy. Tieto diódy sú určené na stabilizáciu napätia alebo ako napäťový normál na získanie referenčného napätia.
• Fotodióda: Je druh polovodičovej diódy, v ktorej pohlcované svetelné žiarenie vyvoláva zmenu jej elektrických vlastností. Pôsobením dopadajúceho žiarenia vznikajú v polovodiči dvojice elektrón - diera. Na svorkách vzniká pôsobením žiarenia fotoelektromotorické napätie a dopadajúce žiarenie ovplyvňuje odpor PN priechodu v spätnom smere. Z princípu fotodiódy vyplýva, že môže pracovať bez vonkajšieho zdroja elektrického napätia - hradlové fotodiódy(fotoelektrické články) alebo s vonkajším predpätím v spätnom smere - odporové fotodiódy. Hradlové fotodiódy sa využívajú na konštrukciu kremíkových slnečných batérií (premena žiarivej - svetelnej energie na elektrickú). Odporové fotodiódy sa používajú na zaznamenávanie modulovaného svetla, ako detektory v meracej a regulačnej technike atď.
• Schottkyho dióda: Je polovodičová dióda, ktorá využíva usmerňovacie vlastnosti rozhrania kov - polovodič (Schottkyho bariéry). V porovnaní s bežnými polovodičovými diódami sa Schottkyho diódy porovnateľných rozmerov vyznačujú kratším časom zotavenia v spätnom smere a menším úbytkom napätia v priamom smere. Schottkyho diódy majú veľmi dobré dynamické a statické vlastnosti. Používajú ako detektory, ako spínacie diódy, tiež na usmerňovanie a pod. Ďalej sa využívajú v integrovaných obvodoch na zvýšenie spínacej rýchlosti tranzistorov a v optoelektronike.

Tranzistor

Tranzistor je aktívna polovodičová súčiastka prevažne s tromi elektródami, ktorá slúži na spracovanie signálov, napr. generovanie, resp. zosilnenie elektrických signálov, premenu neelektrických signálov na elektrické a pod. Z hľadiska princípu činnosti možno tranzistory rozdeliť do dvoch základných skupín: bipolárne a unipolárne. V unipolárnom tranzistore vytvára prúd len jeden typ nosičov náboja - elektróny alebo diery. V bipolárnom tranzistore sa na vedení prúdu podieľajú oba typy nosičov náboja. Unipolárne tranzistory sa nazývajú aj tranzistory riadené poľom a označujú sa medzinárodne zaužívanou skratkou FET (Field-Effect Transistor). Bipolárny tranzistor je polovodičová súčiastka, ktorá v podstate predstavuje antisériovú kombináciu dvoch prechodov PN, ktoré sú v jedom monokryštáli usporiadané tak, že jedna z oblastí je spoločná pre obidva prechody. Táto spoločná oblasť sa nazýva báza (B). Ďalšie dve oblasti majú opačný typ vodivosti ako báza a nazývajú sa emitor (E) a kolektor (C). Emitor má podstatne väčšiu koncentráciu prímesí ako kolektor. Bipolárny tranzistor je trojvrstvová štruktúra s dvoma PN priechodmi.

Prečítajte si tiež: Dióda s PN prechodom

Prečítajte si tiež: Dôležité Aspekty Kúpnej Zmluvy

tags: #polovodičové #súčiastky #bez #PN #prechodu #typy