Osnovne osobine poluprovodnika

Poluprovodnici su materijali čija se specifična otpornost nalazi između provodnika i izolatora.

Kao čisti poluprovodnici najčešće se koriste germanijum Ge i silicijum Si, elementi IV grupe periodnog sistema, koji u spoljašnjem atomskom omotaču imaju četiri valentna elektrona. Ovi elektroni grade kovalentne veze sa valentnim elektronima susednih atoma.

Poluprovodnici P i N tipa

Provodnost poluprovodnika ( Si-silicijum,Ge-germanijum,četvrta grupa periodnog sistema) se može znatno povećati, ako se pri proizvodnji, posebnim tehnološkim postupcima, dodaju odgovarajuće primese, tj. nečistoće.

Dodavanje primesa čistom silicijumu:

Donori – atomi petovalentnih primjesa, oni daju slobodne elektrone poluprovodniku. n>>p

Akceptori – atomi trovalentnih primjesa, oni stvaraju šupljine. p>>n

1

Poluprovodnik, kome se dodaju petovalentne primjese (npr. P-fosfor ili Sb-antimon), naziva se poluprovodnik N tipa. Četiri valentna elektona učestvuju u kovalentnim vezama, sa susjednim atomima silicijuma, dok peti elektron postaje slobodan i može da se kreće. Zato što daju elektrone, ovi poluprovodnici se zovu donori.

Poluprovodnik, kome se dodaju trovalentne primjese (npr. B-bor ili Al-aluminijum), naziva se poluprovodnik P tipa. U kristalnoj strukturi čistog Si primjesa se vezuje za susjedne atome kovalentnim vezama dok jedna veza ostaje nekompletirana, jer joj nedostaje jedan elektron, na tom mestu se u kristalnoj rešetki stvara šupljina. Ova šupljina se može popuniti zahvatanjem elektrona iz susjednog atoma. Poluprovodnik sa trovalentnim primjesama je poluprovodnik P tipa, pošto su nosioci naelektrisanja pozitivno naelektrisane šupljine. Zato što primaju elektrone, ovi poluprovodnici se zovu akceptori.

P-N spoj

P-N spoj je kristal poluprovodnika koji na jednom kraju ima visoku koncentraciju šupljina, a na drugom ima visoku koncentraciju elektrona.

1. Direktno polarisan P-N spoj - struje šupljina i elektrona su velike.

2. Inverzno polarisan P-N spoj - struje šupljina i elektrona su male.

Kod direktne polarizacije PN spoja pozitiva pol spoljašnjeg izvora je priključen na P,a negativan pol na N oblast. Tada PN spoj provodi. Prag provođenja PN spoja U0, vrijednost napona pri kome struja ne prelazi 1% svoje nominalne vrijednosti. Kod silicijumskih dioda je to 0,7 V, a kod germanijumskih 0,4V.

Kod inverzne polarizacije PN spoja pozitivan pol spoljašnjeg izvora je priključen na N, a negativan pol na P oblast. Tada kroz PN spoj teče inverzna struja koja je jako mala, ali je porast struje brzo ograničen inverznom strujom zasićenja I0.

Poluprovodničke diode

2

Poluprovodnička dioda je spoj poluprovodnika p i n tipa.

Dioda ima dva priključka (pina), p priključak je anodni priključak (anoda), dok je n priključak katodni priključak (katoda).

A K

Simbol poluprovodničke diodeStrujno-naponska karakteristika diode

Ukoliko je potencijal anode viši od potencijala katode, bar za napon praga provođenja diode, onda je dioda direktno polarisana, kroz diodu protiče struja i kaže se da dioda vodi. To je, tzv. propusni smer spoja. Ukoliko potencijal anode nije viši od potencijala katode, anoda je inverzno polarisana i kroz nju protiče struja veoma male jačine, koja se najčešće zanemaruje i kaže se da inverzno polarisana dioda ne vodi. Može se zaključiti da dioda ima usmeračko dejstvo, pošto električnustruju propušta samo u jednom smeru. Uobičajeni napon između anode i katode koja vodi je 0.6 V.

Tranzistori

Vrste tranzistora:

1. bipolarni2. unipolarni.

Bipolarni tranzistori mogu biti tačkasti i slojni. Slojni tranzistori imaju znatno bolje osobine, te se oni masovno koriste. Sastoje se od kompaktne celine dva pn spoja, tako da se između dve prelazne oblasti, dva pn spoja, nalazi poluprovodnički sloj zajednički za oba spoja. Ako je zajednički sloj od materijala tipa n, odnosno pnp spoj, bipolarni tranzistor je PNP tipa, dok je kod NPN bipolarnog tranzistora zajednički sloj od materijala p tipa. Zajednički sloj naziva se baza (B), a spoljni slojevi emitor (E) i kolektor (C).

n

n

pB

E

C

B

E

C

Strukturna i šematska oznaka NPN tranzistora

p

p

nB

E

C

B

E

C

Strukturna i šematska oznakaPNP tranzistora

3

Postoje tri osnovna režima rada tranzistora: aktivni režim (sl.), režim blokiranja i režim zasićenja.

Unipolarni tranzistori: struju stvaraju ili šupljine ili elektroni. Vrste unipolarnih tranzistora:

1. FET – spojni tranzistori sa efektom polja2. MOSFET – metal oksid poluprovodnički tranzistori.

INTEGRISANA KOLA

Integrisano kolo je kompletno elektronsko kolo određene namene i sastoji se od jednog malog kristala silicijuma na kome se nalaze tranzistori, diode, otpornici i kondenzatori, kao i njihove međuveze. Tendencija u razvoju integrisanih kola je da se dimenzije čipova smanjuju, a da se sve više elektronskih komponenata pakuje na svakom. To povećava njihov kapacitet, a smanjuje cenu (Moor-ov zakon - broj tranzistora se udvostručava svake druge godine).

Integrisana kola, prema vrsti signala koji se njima obrađuju, mogu biti:

1. Analogna: operacioni pojačavači,

2. Digitalna: logička kola, flip-flopovi, multiplekseri, mikroprocesori, mikrokontroleri.

3. Kombinovana: A/D konvertori, D/A konvertori.

4