Amplificator cu modulare-demodulare cu purtătoare sinusoidale

Capitolul 1

SEMICONDUCTOARE

1.1 Noţiuni de fizica semiconductoarelor

1.1.1 Structura cristalină

Formarea fazei solide a materiei este determinată de apariţia unor forţe de interacţiune între particulele structurale atunci când acestea sunt apropiate la distanţe destul de mici. Pentru a forma o structură stabilă a corpului solid este necesar ca între particule să acţioneze atât forţe de atracţie cât şi de respingere.

În funcţie de natura particulelor se disting patru tipuri de forţe care asigură legătura cristalină şi anume:

- legătură Van der Vals;

- legătură ionică;

- legătură covalentă;

- legătură metalică.

În cele ce urmează vom prezenta legătura covalentă, legătură specifică elementelor din grupa a IV-a (Si, Ge) care sunt elemente pure.

Cele mai utilizate materiale semiconductoare sunt siliciu (Si) care are şi cea mai mare pondere în realizarea dispozitivelor electronice, germaniul (Ge), galiu-arsen (GaAs), indiu-fosfor (InP).

Rezistivitatea electrică a semiconductoarelor este în gama 10־¹ ÷ 10³ Ωcm, fiind mai mare ca a metalelor, dar mai mică ca a izolatoarelor.

Proprietăţile remarcabile ale materialelor semiconductoare se obţin numai printr-o ordonare cât mai perfectă a atomilor în volumul materialului, ordine cunoscută sub numele de monocristal.

Semiconductorul pur din punct de vedere chimic poartă denumirea de semiconductor intrinsec. Reţeaua cristalină a principalelor materiale semiconductoare este de tip diamant. În această reţea fiecare atom se învecinează cu patru atomi uniform distribuiţi în spaţiul reprezentat simbolic (bidimensional) din figura 1.1.

Deoarece concentraţiile de purtători n şi p sunt egale în semiconductorul intrinsec, acesta îşi găseşte puţine aplicaţii.

Realizarea dispozitivelor electronice impune obţinerea unor semiconductoare care să aibă în exces fie goluri (p) fie electron (n). Pentru obţinerea acestora în reţeaua cristalină se introduce controlat o anumită cantitate de impurităţi, adică de atomi diferiţi de cei care formează reţeaua cristalină. Semiconductoarele astfel obţinute poartă denumirea de semiconductoare extrinseci.

Fig.1.1 Legătură covalentă

În funcţie de valenţa atomilor de impurificare se obţin semiconductoare de tip n şi semiconductoare de tip p.

Semiconductori de tip n – se obţin prin impurificarea cu elemente pentavalente (fosfor, arsen, stibiu) numite şi donatoare (figura 1.2). Purtătorii de sarcină generaţi prin impurificare poartă denumirea de purtători de sarcină majoritari.

Fig.1.2 Element de dopare

Din cei cinci electroni de valenţă ai stibiului patru realizează legături covalente cu atomii de siliciu vecini, iar al cincilea rămâne liber, la temperatură normală.

În cazul acestor semiconductori conducţia este determinată în special de electronii proveniţi din banda de conducţie de pe nivelele donoare.

Semiconductori de tip p – se obţin prin impurificarea cu elemente trivalente (bor, indiu, galiu, aluminiu) numite şi acceptoare (figura 1.3).