Poluprovodnički   materijali   su   korišćeni   još   početkom   XX   veka   za   detektor   signala   u   radio
prenosu   ali   pošto   su   imali   lošije   karakteristike   od   vakuumskih   cevi   poluprovodnici   su
zaboravljeni sve do 1947. godine kada je u Belovim laboratorijama napravljen prvi tranzistor
načinjen od kristala germanijuma (Ge). Od tog trenutka poluprovodničke komponente postepeno
preuzimaju   primat   od   vakuumskih   cevi.   Razlog   za   to   je   činjenica   da   su   poluprovodničke
komponente mnogo pouzdanije, energetski efikasnije, brže i manjih dimenzija od elektronskih
cevi.

Većina savremenih elektronskih komponenata izrađuje se od poluprovodničkih materijala. Iz
ekonomskih i tehnoloških razloga za proizvodnju se najviše koristi silicijum (Si). Istraživanja
poluprovodničkih jedinjenja su vrlo aktuelna, s obzirom da komponente na bazi ovih jedinjenja
mogu biti efikasni izvori, ili, pak, detektori kako infracrvenih radijacija, tako i radijacija u
vidljivom spektru.

2.1. Poluprovodnički elementi i jedinjenja

U kolonama na levoj strani periodnog sistema elemenata nalaze se metali pri čemu atomi metala
mogu lako izgubiti jedan ili dva elektrona i postati pozitivni joni. Oni su dobri provodnici
električne struje, s obzirom da je kod njih veza između atoma i elektrona u spoljašnjoj orbitali
slaba, tako da se elektroni mogu relativno lako osloboditi i postati slobodni. Elementi u
kolonama na desnoj strani periodnog sistema imaju elektrone u spoljašnjim orbitalama čvrsto
vezane; oni su, prema tome, izolatori.

Slika 2.

Izvod iz periodnog sistema sa najčešće korišćenim elementima za proizvodnju

poluprovodničkih komponenata.

4 |

P a g e

U srednjim kolonama Periodnog sistema nalaze se elementi kod kojih je provodnost znatno
manja   nego   kod   dobrih   provodnika,   a   znatno   veća   nego   kod   izolatora.   Oni   čine   klasu
poluprovodnika. Poluprovodnici mogu biti hemijski elementi ili jedinjenja. Elementi pripadaju
IV-oj grupi periodnog sistema, dok se jedinjenja tipično formiraju kao dvokomponentna, od
elemenata iz III i V ili II i VI grupe (Sl. 2.), iako mogu biti i trokomponentna.  Tu spadaju 12
elementarnih   poluprovodnika:   bor   (B),   ugljenik   (C),   silicijum   (Si),   fosfor   (P),   sumpor   (S),
germanijum (Ge), arsen (As), selen (Se), kalaj (Sn), antimon (Sb), telur (Te) i jod (I). Danas se
od elementarnih poluprovodnika skoro isključivo koristi silicijum, dok se drugi, kao što su arsen,
fosfor i bor upotrebljavaju za dopiranje silicijuma, čime se menja njegova provodnost, po čemu
su još karakteristični poluprovodnici.

Svi poluprovodnici, i elementarni i poluprovodnička jedinjenja, imaju kristalnu strukturu.
Elementarni poluprovodnici imaju kristalnu rešetku dijamantskog tipa, dok je rešetka
poluprovodničkih jedinjenja modifikovana dijamantska struktura, tzv. struktura sfalerita.

Rešetke dijamantskog tipa čine kovalentne veze, tj. atomi u težištu tetraedra povezani su sa četiri
atoma na vrhovima tetraedra. Struktura silicijuma je ista kao dijamantska, ali atomi u rešetki nisu
isti.

Slka 3.

Model kristalne strukture elementarnih poluprovodnika (a) i poluprovodničkih jedinjenja

(b)

5 |

P a g e

nepopunjena. Atom, koji je izgubio elektron, postaje električno pozitivan sa naelektrisanjem
jednakim naelektrisanju elektrona po apsolutnom iznosu. Na taj način se stvara pozitivno
opterećenje čija se prava priroda tumači pomoću kvantne fizike, ali se po mnogim svojstvima
ponaša kao čestica sa pozitivnim naelektrisanjem jednakim naelektrisanju elektrona. Njemu se
može pripisati određena efektivna masa, brzina u kretanju i energija. Ova čestica se, zbog načina
postanka, naziva šupljinom.

Slika 5.

Prikaz šupljine

Atom, koji je izgubio jedan elektron, teži da upotpuni prekinutu valentnu vezu. On "izvlači"
elektron iz neke obližnje valentne veze u kojoj je elektron na relativno većem energetskom nivou
tada posmatrani atom postaje električno neutralan, ali se šupljina pojavijuje na mestu sa koga je
privučen elektron za neutralizaciju. Može se reći da se ne kreću samo elektroni, nego se kreću
prazna mesta (šupljine) u suprotnom smeru od kretanja elektrona. Slobodni elektroni i šupljine u
kristalu poluprovodnika predstavljaju energetske nesavršenosti kristala i imaju ograničeno vreme
života, jer se u kretanju kroz kristal susreću i rekombinuju uspostavljajući ponovo valentne veze.

Termičko raskidanje valentnih veza raste sa temperaturom, dok je brzina ponovnog
uspostavljanja valentnih veza srazmerna koncentraciji slobodnih nosilaca naelektrisanja. Zbog
toga, koncentracije slobodnih elekrona i šupljina pri svakoj temperaturi imaju onu vrednost pri
kojoj se uspostavlja ravnoteža između brzine raskidanja i brzine ponovnog uspostavljanja
valentnih veza. Koncentracije slobodnih elektrona i šupljina su međusobno jednake.

Proces raskidanja valentnih veza, kao i obrnuti proces ponovnog vezivanja slobodnih elektrona i
šupljina u valentne veze, u velikoj meri zavisi od postojanja nesavršenosti kristala (defekata).
Prisustvo strukturnih nesavršenosti ne menjaju koncentraciju sopstvenih nosilaca naelektrisanja,
jer strukturne nesavršenosti u istoj meri potpomažu razbijanje valentnih veza i njihovo ponovno
uspostavljanje. One na protiv samo smanjuju vreme života slobodnih elektrona, odnosno
šupljina.

7 |

P a g e