I WSTĘP TEORETYCZNY

MODEL PASMOWY CIAŁA STAŁEGO

Elektrony w poszczególnych atomach mogą znajdować się na określonych orbitach, czyli tylko w ściśle określonych stanach energetycznych. W ciele stałym wzajemna bliskość atomów powoduje wzajemne zakłócanie się poziomów energetycznych, a co za tym idzie przesunięcie lub rozczepienie poziomów, które w poszczególnych atomach mogą być takie same. Przedziały energetyczne jakie mogą przyjmować elektrony nazywamy pasmami dozwolonymi, natomiast przedziały jakich nie mogą osiągnąć - przedziałami zabronionymi.

W temperaturze zera bezwzględnego najmniejszą energię mają elektrony walencyjne. Pasmo im odpowiadające nosi nazwę podstawowego lub walencyjnego. Pasmo położone powyżej to pasmo przewodnictwa, oddzielone od pasma podstawowego pasmem zabronionym. Szerokość pasma zabronionego E_g to minimalna wartość energii powodująca przeskoczenie elektronu z sieci krystalicznej do pasma przewodnictwa. Mierzy się ją w elektronowoltach.

Rys 1. Usytuowanie pasm energetycznych w:

PRZEWODNIKU IZOLATORZE PÓŁPRZEWODNIKU

Przewodnik metaliczny charakteryzuje się tym, że najwyższe pasmo energetyczne zawierające elektrony walencyjne nie jest całkowicie obsadzone i wobec gęstego rozmieszczenia dozwolonych poziomów energetycznych w tym paśmie, małe ilości dostarczanej energii wystarczą do przeniesienia elektronu na wyższy poziom energetyczny w obrębie tego samego pasma. Energii tej może dostarczyć na przykład słabe przyłożone pole elektryczne.

W izolatorach najwyższe pasmo energetyczne jest całkowicie zapełnione, a przerwa energetyczna jest duża, że przyłożone pole elektryczne nie jest w stanie przenieść elektronu do wyższego pasma dozwolonego.

Trzecia grupę ciał stałych stanowią półprzewodniki, w których podobnie jak w izolatorach, najwyższe pasmo energetyczne jest zapełnione, ale tym razem przerwa energetyczna jest mała. Dzięki temu małe dawki energii wystarczą do przeniesienia elektronów z pasma walencyjnego do pasma przewodnictwa.

OGÓLNE INFORMACJE O ZŁĄCZACH p-n

Wprowadzenie do sieci krystalicznej półprzewodników (np. krzemu) domieszek atomu pierwiastka pięciowartościowego, np. fosforu sprawia, że cztery elektrony walencyjne atomu domieszki, zastępują elektrony walencyjne właściwego atomu sieci, a nadmiarowy elektron słabo związany z jądrem znajduje się na dyskretnym poziomie energetycznym. Dla niego energia jonizacji jest znacznie mniejsza niż dla któregokolwiek elektronu uczestniczącego w wiązaniu kowalencyjnym. Domieszki, dostarczające dodatkowych elektronów przewodnictwa noszą nazwę domieszek donorowych. Dyskretny energetyczny poziom domieszki donorowej pojawia się zatem w przerwie energetycznej E_g . Półprzewodnik domieszkowy z donorami nosi nazwę półprzewodnika typu n (ryc.2a). Półprzewodnik typu n wskazuje przewodnictwo elektronowe.

Półprzewodnik typu p to taki, do którego sieci krystalicznej wprowadzono domieszkę atomu trójwartościowego (np. glinu). Tym razem do wytworzenia doskonałej sieci z wiązaniami kowalencyjnymi brak jednego walencyjnego elektronu. Mała porcja energii wystarcza do tego, aby elektron z pasma walencyjnego półprzewodnika przeszedł na dozwolony, akceptorowy, dyskretny poziom atomu domieszki, leżący blisko górnego poziomu energetycznego pasma walencyjnego. Tym razem półprzewodnik typu p wskazuje wyłącznie przewodnictwo dziurowe (ryc. 2b).

ryc. 2a	rys. 2b

Jeżeli między kryształami typu p i typu n istnieje kontakt elektryczny i swobodne nośniki mogą przechodzić z jednego kryształu do drugiego, to poziomy Fermiego znajdują się w nich na tych samych wysokościach. Prowadzi to do przemieszczenia się względem siebie pasm energetycznych w obu kryształach i powstania w obszarze kontaktu bariery potencjalnej. Obszar kontaktowy ma bardzo duży opór elektryczny, ponieważ koncentracja swobodnych nośników w tym obszarze jest mała. Ten obszar tworzy właśnie złącze p - n.

TRANZYSTOR

Rodzaje tranzystorów:

tranzystor typu npn	tranzystor typu pnp

MODEL EBERSA-MOLLA

Schematem zastępczym dla tranzystora typu p-n-p jest model Ebersa-Molla (ryc.3). W schematach tych złącza emitera i kolektora są przedstawione w postaci odpowiednio włączonych diod między punktu B'-E i B'-C.

Dla takiego układu (o wspólnym emiterze) można napisać statyczne równania prądów w postaci:

przy czym:

	-	(T- temperatura w skali Kelwina, q - ładunek elektronu, k- stała Boltzmana)
	-	współczynnik wzmocnienia prądowego układu OE przy połączeniu normalnym
	-	współczynnik wzmocnienia prądowego układu OE przy połączeniu inwersyjnym

Równania Ebersa - Molla wyrażające prądy
,
,
przy pomocy napięć na złączach
i
są konsekwencją powyższych równań i wyrażają się w sposób następujący:

₀

Eg < 2 eV

Eg ≈ 10 eV

Pasmo przewodnictwa

Pasmo przewodnictwa

Pasmo przewodnictwa

Pasmo podstawowe

Pasmo podstawowe

Pasmo podstawowe

---