Osnovi elektronike

nepopunjen
zabranjen
nepopunjen
popunjen
Metali
nepopunjen
zabranjen
popunjen
Izolatori
nepopunjen
zabranjen
popunjen
Poluprovodnici
Slika 6.2: Energetski nivoi kod metala, izolatora i poluprovodnika.
6.3 Silicijum kao poluprovodnik
Silicijum je osnovni poluprovodnički materijal. Kristal čistog silicijuma ima pravilnu
strukturu u kojoj atomi zadržavaju svoj položaj pomoću kovalentnih veza koje formiraju četiri
valentna elektrona koji se nalaze u najvišem energetskom opsegu. Na sobnoj temperaturi
kovalentne veze su dovoljno čvrste tako da je broj slobodnih elektrona veoma mali. Zbog toga je
specifična provodnost čistog kristala silicijuma veoma mala.
Pošto su svi elektroni povezani valentnim vezama sa susednim atomima, silicijum bi
trebalo da bude izolator. Medjutim, čak i na sobnoj temperaturi, valentne veze su veoma slabe,
tako da pojedini elektroni mogu lako da dobiju dovoljnu energiju da ih raskinu i postanu
slobodni elektroni. Upražnjeno mesto elektrona u valentnoj vezi naziva se šupljina. Takav
pozitivno nalektrisan atom može da privuče jedan elektron iz obližnje valentne veze, popuni
raskinutu valentnu vezu i ponovo postane neutralan. Dakle, ekvivalenti efekt je kao da se
pozitivno nalektrisanje kreće od atoma do atoma. Medjutim, pošto je za kretanje šupljina
potrebno pokrenuti više elektrona, pokretljivost šupljina je manja od pokretljivosti elektrona.
Pozitivno nalektrisan atom može da privuče i neki slobodni elektron i neutrališe se.
Proces spajanja slobodnog elektrona i šupljine se naziva rekombinacija.
Si
-
-
Si
-
-
Si
-
-
Si
-
-
-
-
-
-
-
-
Si
- -
Si
- -
Si
- -
Si
-
-
-
-
-
-
-
-
Si
- -
Si
- - Si - - Si
Slika 6.3: Kristalna rešetka čistog silicijuma.
Dakle, provodnost čistog silicijuma potiče od dva efekta:
• Kretanja elektrona
• Kretanja šupljina
U čistom kristalu silicijuma broj slobodnih elektrona i broj šupljina moraju biti isti.
Koncentracije slobodnih nosilaca u čistom kristalu se nazivaju sopstvene koncentracije koje
zavise od temperature po formuli:
51