Poluprovodnici

1. UVOD

Prema električnoj provodnosti, odnosno prema veličini zabranjene energetske zone, elektrotehnički materijali se dele na:

• provodnike,
• poluprovodnike i
• dielektrike (izolatore).

Materijali koji omogućavaju laku pokretljivost elektrona jer im se dodiruju ili preklapaju valentna i provodna zona nazivaju se provodnici. Provodnici imaju malu otpornost od 10-8 Ωm do 10-4 Ωm. Najpoznatiji provodnici su bakar, srebro, zlato, aluminijum.

Materijali koji nemaju sposobnost lake pokretljivosti nazivaju se izolatori. Izolatori imaju veliku otpornost, od 1010 Ωm do 1019 Ωm i za razliku od provodnika, imaju tako veliku zabranjenu zonu da se elektronska provodnost pri normalnim uslovima ne oseća. Najpoznatiji izolatori su nemetali: staklo, keramika, guma.

Nešto između izolatora i provodnika su poluprovodnici. Poluprovodnici imaju manju širinu zabranjene energetske zone od dielektrika, tako da pri normalnim uslovima, na sobnoj temperaturi, određen broj valentnih elektrona, zahvaljujući dobijenoj toplotnoj energiji, može da preskoči ovu zonu i postane slobodan, tj. nađe se u provodnoj zoni. Specifična otpornost poluprovodnika je od 10-4 Ωm do 1010.
Slika 1. Raspored energetskih zona kod:
a) provodnika; b) poluprovodnika; c) dielektrika

Najvazniji poluprovodnički materijali su: silicijum (Si), germanijum (Ge) i galijum arsenid (GaAs). Poluprovodnici čine osnov savremene elektronike.

2. POLUPROVODNICI

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.