Electronică analogică

Notiuni de electronica corpului solid

Purtatori de sarcina în semiconductoare

- dupa conductibilitatea electrica corpurile solide sunt:

- conductoare - Ã > 103/©cm la tamb

` - ne~ 1022/cm3 (electroni liberi)

- conductibilitatea scade cu temperatura

(în jurul ionilor pozitivi care nu participa la conductie se misca electroni mobili)

- semiconductoare - Ã ~ 10-10÷103 / ©cm (la temperatura ambianta)

- pentru T<1000K rezulta à < 10-10 / ©cm

- Ã depinde pronuntat de temperatura

- izolante - nici la temperaturi foarte mari nu prezinta o conductibilitate electrica importanta

Comportarea materialelor este determinata de tipul legaturii chimice dintre atomi:

- la metale (conductoare) exista legatura metalica, foarte slaba în care electronii formeaza un nor electronic si pot participa usor la conductie;

- la izolatoare (materiale izolante) este specifica legatura ionica, foarte stabila pâna la temperaturi foarte mari; poate sa apara, eventual, o conductie ionica;

- semiconductoarele pot fi constituite:

- dintr-un singur tip de atomi din grupa a patra (Ge sau Si)

- din tipuri de atomi din grupe apropiate (de exemplu, din grupele III, V, exemplul tipic fiind semiconductorul GaAs);

Între aceste tipuri de atomi se pot stabili legaturi covalente care constau din punerea în comun a unuia dintre electronii de valenta.

Pentru a se elibera un electron din legatura covalenta este necesar un surplus de energie.

La temperaturi mai mari de 1000K, datorita agitatiei termice, electronii din stratul de valenta devin electroni liberi si formeaza o sarcina electronica reala mobila.

În aceste conditii, la aplicarea unui câmp electric, electronii liberi se deplaseaza ordonat si formeaza un curent electric de natura electronica ;

Dar, un electron de valenta vecin, de pe alta legatura covalenta, poate efectua o tranzitie (tot datorita agitatiei termice) si ocupa locul ramas liber; sub influenta câmpului electric, se constata ca are loc o deplasare de sarcina pozitiva în sensul câmpului electric, adica un electron devenit liber determina efectuarea mai multor tranzitii ca si când locurile libere s-ar 1

deplasa. Se asociaza acestei deplasari a unei sarcini pozitive notiunea de gol, adica un purtator de sarcina pozitiva care determina o componenta a curentului electric. De remarcat ca golul nu este o particula elementara ci este un concept care simuleaza deplasarea locurilor goale din structura semiconductorului prin ocuparea lor de catre electroni care se afla deja pe alte nivele energetice.

O alta explicatie a celor doua componente ale curentului electric dintr-un semiconductor se poate da folosind teoria benzilor energetice dintr-un corp solid.

metale izolatoare-semiconductoare

conductoare: la temperatura absoluta 00 Kelvin toate nivelele din BV sunt ocupate si cele din BC sunt libere; nivelul Fermi separa cele doua benzi; daca T creste, apar electroni de conductie care pot participa la conductie.

semiconductoare (izolatoare): la temperatura absoluta 00 Kelvin toate nivelele din BV sunt ocupate si cele din BC sunt libere; pozitia nivelului

2

Fermi nu este precizata; electronii nu pot ocupa nivele din BI; la energie termica suficient de mare (foarte mare) este posibil ca unii electroni sa treaca din BV în BC.

Numarul acestora depinde de ”W:

- la germaniu: ”W = 0,67 eV

- la siliciu: ”W = 1,1 eV

Prin impurificare (procedee tehnologice), proprietatile electrice ale semiconductoarelor se modifica foarte mult fiind doua posibilitati:

- impurificare cu substante pentavalente (Bi, Sb, As) - donoare

- al 5-lea electron trece usor în BC – apar electroni de conductie

- la temp. camerei – toate impuritatile sunt ionizate

- procesul de generare de perechi nesemnificativ (înca)

semiconductor extrinsec