Poluprovodnici sa primesama
1. UVOD
Materijali koji omogućavaju laku pokretljivost elektrona nazivaju se provodnici.
Provodnici imaju malu otpornost. Najpoznatiji provodnici su bakar, srebro, zlato, aluminijum.
Materijali koji nemaju sposobnost lake pokretljivosti nazivaju se izolatori.
Izolatori imaju veliku otpornost. Najpoznatiji izolatori su nemetali: staklo, keramika, guma.
Nešto između izolatora i provodnika su poluprovodnici.
Poluprovodnici se umereno suprotstavljaju nosiocu elektriciteta.
Najvažniji poluprovodnički materijali su: silicijum (Si), germanijum (Ge) i galijum arsenid
(GaAs). Poluprovodnici čine osnov savremene elektronike.
Poluprovodnici su materijali sa manjim brojem slobodnih naelektrisanja (elektrona i šupljina).
Unošenjem malih količina nečistoća u kristal poluprovodnika on menja električne osobine i
postaje delimično provodnik.
Broj slobodnih nosioca naelektrisanja može se menjati i dejstvom spoljašnjih faktora:
temperature, svetla, električnog polja. Tada broj slobodnih nealektrisanja značajno poraste i
poluprovodnik prelazi u provodnike. Veličina koja karakteriše poluprovodne materijale je
energetski procep.
1
Poluprovodnici sa primesama
2. POLUPROVODNICI
Poluprovodnici se mogu podeliti na dve osnovne grupe: sopstvene i primesne.
Sopstveni poluprovodnici su potpuno čisti materijali, dok se kod primesnih poluprovodnika u
kristalnu rešetku ubacuju atomi drugog elementa (koji se zovu primese) i na taj način znatno
povećava koncentracija slobodnih nosilaca naelektrisanja.
Naime, vrši se ”dopiranje” čistog poluprovodnika, pa se zato ovi poluprovodnici zovu i
dopirani poluprovodnici.
2.1.Sopstvena provodnost poluprovodnika - Model sopstvenog
poluprovodnika
Mehanizam nastajanja elektrona i šupljina u sopstvenom poluprovodniku, koji se još naziva i
čisti ili nedopirani poluprovodnik. Svaki atom na slici je u prostoru okružen sa 4 suseda, kao
npr. u slučaju Si i Ge, ali je radi jednostavnosti struktura nacrtana u dve dimenzije.
Između atoma nacrtane su međuatomske veze obrazovane od elektronskih parova.
Pod dejstvom toplotne energije, dolazi do kidanja pojedinih veza već na sobnoj temperaturi.
Oslobađaju se elektroni, koji počinju da se kreću kroz kristal, a na mestu prekida veze ostaje
nepopunjeno elektronsko mesto koje se naziva elektronska šupljina ili samo šupljina.
Formiranje slobodnih elektrona, tj. njihovo oslobađanje iz atoma odgovara njihovom
”prelazu” iz valentne u provodnu zonu, dok u valentnoj zoni ostaju zahvaćene šupljine.
Znači, prebacivanje elektrona iz valentne u provodnu zonu može se označiti kao stvaranje
strujnih nosilaca, elektrona i šupljina. Ovo stvaranje je praćeno suprotnim procesom:
rekombinacijom nastalih elektrona i šupljina.
Na stalnoj temperaturi, ostvaruje se dinamička ravnoteža stvaranja i rekombinacije nocilaca.
Na taj način se dolazi do zaključka da koncentracija slobodnih elektrona (broj slobodnih
elektrona po jedinici zapremine) ne mora da odgovara koncentraciji zahvaćenih šupljina
p
.
Ove koncentracije se zovu sopstvene ili intrisične koncentracije i obeležavaju se sa
ni
.
Odavde sledi:
n
=
p
=
n
ί odnosno:
n * p
=
n
ί² .
Ako se npr. u poluprovodniku uspostavi električno polje, slobodni elektroni se kreću u smeru
nasuprot polju i oni čine jednu komponentu struje. Prisutnost šupljina dovodi do pojave druge
komponente struje tako što vezani elektroni ”preskaču” sa susednih popunjenih
međuatomskih veza na upražnjena mesta (šupljine) i pomeraju se u istom smeru kao i
slobodni elektroni.
To znači da se šupljine pomeraju u smeru polja, i ponašaju se kao pozitivno naelektrisane
čestice.
Dakle, kretanje šupljina predstavlja kretanje vezanih elektrona (elektrona iz atomskog
omotača) tako što na upražnjeno elektronsko mesto (šupljinu) prelazi elektron iz susednog
atoma, i za to mu treba mnogo manja energija od energije jonizacije koja mu je potrebna da
napusti atom. Vezani elektroni već na sobnoj temepraturi poseduju energiju dovoljnu da
napuste svoju vezu i pređu na susedno upražnjeno mesto.
2
