📌 Podsetnik

Energetske zone u čvrstom stanju

• Kod izolovanih atoma postoje diskretna energetska stanja za elektrone, ali u čvrstom stanju, zbog Paulijevog principa, ova stanja se šire u energetske zone.
• Poslednja zona sa nepopunjenim kvantnim stanjima naziva se provodna zona — elektroni u njoj mogu slobodno da se kreću kroz kristal.
• Popunjena poslednja zona naziva se valentna zona — u njoj nema slobodnih kvantnih stanja pa se elektroni ne mogu kretati.
• Odnos valentne i provodne zone određuje provodljivost materijala.

Metali, izolatori i poluprovodnici

• Kod metala se provodna i valentna zona preklapaju, pa elektroni lako prelaze u provodnu zonu i grade električnu struju.
• Kod izolatora između zona postoji široka zabranjena zona, pa elektroni ne mogu preći u provodnu zonu i materijal ne provodi struju.
• Kod poluprovodnika zabranjena zona je uska. Elektroni u valentnoj zoni mogu skočiti u provodnu zonu usled:
  • termičke energije
  • energije fotona
• U provodnoj zoni se elektroni kratko zadržavaju i vraćaju na upražnjena mesta u valentnoj zoni, dok istovremeno u obe zone postoji izvestan broj slobodnih nosilaca naelektrisanja.

Električna struja u poluprovodnicima

• Elektron koji pređe u provodnu zonu ostavlja upražnjeno mesto (šupljinu).
• Popunjavanje susednim elektronima ide ka višem potencijalu, dok se čini da se šupljine kreću ka nižem potencijalu — ponašaju se kao pozitivne čestice.
• Struja u poluprovodniku sastoji se od:
  • elektrona (ka višem potencijalu)
  • šupljina (ka nižem potencijalu)
• Broj šupljina na sobnoj temperaturi je mali, pa je i struja mala.

Čisti (intrinzični) poluprovodnici

• Najčešći: silicijum i germanijum (IV grupa periodnog sistema).
• Imaju četiri valentna elektrona koji grade kovalentne veze.

Dopiranje poluprovodnika

P-tip poluprovodnika

• Dobija se dodavanjem elemenata III grupe, npr. aluminijuma.
• Aluminijum ima tri valentna elektrona; u kristalu nastaju nova upražnjena kvantna stanja (akceptorski nivoi).
• Elektroni lako prelaze iz valentne zone u akceptorski nivo, stvarajući veliki broj šupljina.
• Glavni nosioci naelektrisanja: šupljine.
• Sporedni nosioci: elektroni u provodnoj zoni.

N-tip poluprovodnika

• Dobija se dodavanjem elemenata V grupe, npr. fosfora.
• Fosfor ima pet valentnih elektrona; jedan elektron ostaje nevezan.
• Ovi elektroni lako prelaze u provodnu zonu (donorski nivoi).
• Glavni nosioci: elektroni u provodnoj zoni.
• Šupljine ostaju malobrojne i sporedne.
• Materijal ostaje električki neutralan.

PN spoj

• Kada se spoje P i N poluprovodnik:
  • Elektroni iz N regiona prelaze u P region i rekombinuju sa šupljinama.
  • P region postaje negativno, a N region pozitivno naelektrisan.
  • Formira se električno polje u oblasti spoja koje sprečava dalje rekombinacije — barijera.

Polarizacija PN spoja

1. Propusna polarizacija
   • P priključimo na plus, N na minus.
   • Spoljašnje polje smanjuje unutrašnju barijeru.
   • Glavni nosioci prelaze preko spoja i struja teče.
2. Sperna polarizacija
   • Obrnemo polaritet.
   • Spoljašnje i unutrašnje polje imaju isti smer — barijera se povećava.
   • Teče samo mala inverzna struja zasićenja (sporedni nosioci).

Poluprovodnička dioda

• Element koji, zahvaljujući PN spoju, propušta struju samo u jednom smeru.

Za detaljno objašnjenje uz animacije pogledajte video.