Polovodiče - Úvod

Z hľadiska vedenia elektrického prúdu delíme látky na:

• vodiče
• polovodiče
• izolanty

Porovnať ich môžeme napríklad na základe ich merného elektrického odporu ρ, pretože merná elektrická vodivosť σ je prevrátená hodnota merného elektrického odporu ρ, čiže čím väčší je merný elektrický odpor ρ, tým menšia je merná elektrická vodivosť σ. Kovové vodiče majú merný elektrický odpor rádovo 10-7 Ω . m až 10-8 Ω . m. Izolanty - dielektriká - majú naopak veľmi veľký merný elektrický odpor a to rádovo viac ako 109 Ω . m.

Polovodiče sú látky, ktorých merný elektrický odpor ρ je rádovo v intervale od 10-2 Ω . m až do 109 Ω . m. Medzi polovodiče patria niektoré chemické prvky (napr. kremík Si, germánium Ge, uhlík C, selén Se, telúr Te), niektoré chemické zlúčeniny (napr. sulfid olovnatý PbS, sulfid kademnatý CdS) a aj niektoré organické látky (napr. hemoglobín, chlorofyl)

Polovodiče sú v poslednom desaťročí tie, ktorým ďakujeme za všetky terajšie technologické vymoženosti. Vynájdenie tranzistorov enormne zrýchlilo vývoj nových technológií a najmä ich zmenšovanie, teda vďaka nim máme dnes malé čipy a malé zariadenia s nimi. V tejto kapitole sa oboznámime aj s tým, čo to tranzistory sú a ako fungujú.

Najdôležitejšia vlastnosť polovodičov je, že merný elektrický odpor ρ polovodičov sa so zvyšujúcou teplotou rýchlo zmenšuje. Kovy majú presne opačnú vlastnosť. V kovoch sa ρ so zvyšujúcou teplotou mierne zvyšuje. Závislosť merného elektrického odporu polovodiča a kovu od teploty nájdete na tomto grafe:

Zdroj: https://docplayer.cz/docs-images/42/13153228/images/page_11.jpg

Tento jav sa deje, pretože merný elektrický odpor závisí od veľkosti hustoty voľných elektrónov a od ich strednej unášavej rýchlosti udelenej elektrickým poľom. Základným poznatkom pre tento jav je, že merný elektrický odpor látky je tým menší, čím je väčšia hustota voľných elektrónov.

• Kovy
  • Pohyblivosť elektrónov so zvyšujúcou sa hustotou voľných elektrónov (ktorá sa zvyšuje so zvyšujúcou sa teplotou) skoro vôbec nemení.
  • Merný elektrický odpor však stúpa, pretože voľné elektróny čoraz viac vrážajú do kmitajúcich častíc mriežky.
  • To vysvetľuje, prečo sa v kovoch merný elektrický odpor s teplotou zvyšuje.
• Polovodiče
  • Hustota voľných elektrónov výrazne stúpa so zvyšujúcou sa teplotou. Počet voľných elektrónov sa zväčšuje v dôsledku toho, že sú vyrážané z väzieb medzi časticami.
    • V čistom Si sa pri zmene teploty z 300K na 600K zväčší hustota voľných elektrónov viac ako 105-krát.
  • Tiež tu platí, že elektróny čoraz viac vrážajú do kmitacích častíc mriežky, ale nie je to tak výrazné, ako stúpanie hustoty voľných elektrónov.
  • Merný elektrický odpor teda klesá.

Praktické využitie merného elektrického odporu od teploty

Najvýraznejšie použitie je v termistoroch.

Zdroj: https://viacej.sk/c/2732-category_default/termistory-ntc.jpg

Používajú sa na meranie teploty. meranie rýchlosti prúdenia tekutín a na ochranu súčiastok
Značka:

Zdroj: https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/1/10/Thermistor.svg/200px-Thermistor.svg.png