1Materiale-semiconductoare

7/25/2019 1Materiale-semiconductoare

1/6

CAPITOLUL 1. MATERIALE SEMICONDUCTOARE

2


1.1 GENERALITI

n funcie de rezistivitatea electric, materialele electrotehnice pot fi ncadrate n trei

categorii:

Materiale izolatoare - rezistivitatea electric = 10121023 [2

];

Materia le semicon ductoare- rezistivitatea electric = 10 1012 [2

];

Materiale con duc toare - rezistivitatea electric = 10-210 [2

].

Materialele semiconductoaredin punct de vedere al conducerii curentului electric au

proprieti intermediare ntre conductoare i izolatoare. Cele mai rspndite

materiale semiconductoare sunt germaniul , si l ic iu l , carbonu l.

Materialele semiconductoare sunt alctuite din atomi care prezint patru

electroni de valen caracteristici(figura 1.1)

a. Atom de siliciu b. Atom de germaniu

Figura 1.1 Diagramele atomilor de siliciu i germaniu

Electronii de valen ai atomului de siliciu (fig. 1.1 a) se afl pe stratul trei iar

cei ai germaniului (fig.1.1 b) se afl pe stratul patru. Deoarece electronii de valen

ai germaniului se afl mai departe de nucleu, posed energii mai mari dect cei ai

siliciului care se afl mai aproape de nucleu, deci le este necesar un surplus

energetic mai mic pentru a se desprinde din atom. Aceast caracteristic face ca

germaniul s devin instabil la temperaturi mari, de aceea siliciul este materialul

semiconductor cel mai des utilizat la construcia dispozitivelor electronice active.

+14+32

Auxiliarul curricular - Electronic Analogic - este publicat online la adresa http://eprofu.ro/electronica/


2/6

AUXILIAR ELECTRONIC ANALOGIC COMPONENTE ELECTRONICE

3

1.2 CONDUCIA N SEMICONDUCTOARE

Pentru a forma o structur solid, atomii unui semiconductor se combin prin legturi

covalente dintre electronii de valen, formnd o structur cristalin. Prin legturile

covalente fiecare din cei patru electroni de valen a unui atom de siliciu se pun n

comun cu cte un electron de valen a unui atom de siliciu nvecinat (figura 1.2).

Cristalul astfel format se numete in t r insecdeoarece nu conine impuriti.

a. Poriune dintr-un cristal pur de SI b. Diagram de legturi

Figura 1.2 Legturile covalente la siliciu

n jurul nucleului unui atom de material semiconductor se afl trei benzi de energie:

banda de valenn care se afl electronii de valen din semiconductor;

banda interzis reprezint diferena energetic dintre banda de valen i

banda de conducie;

banda de cond ucien care se afl electronii liberi din semiconductor.

Un cristal de siliciu pur (intrinsec) la o anumit temperatur, permite unor electroni de

valen din banda de valen s acumuleze suficient energie pentru a strpunge

banda interzis i a trecen banda de conducie. Aceti electroni se numesc

electroni l iberi. Cnd un electron trece din banda de valen n banda de conducie,

locul su din banda de valen rmne liber. Acest loc liber se numete go l. n acest

mod se creeaz perechile electron-gol.

Dac la capetele unui cristal de siliciu intrinsec se aplic o tensiune n interiorul

cristalului circul dou categorii de cureni:

curentul de electroni care reprezint deplasarea ordonat a electronilor

liberi din banda de conducie spre polul pozitiv al sursei de alimentare;

curentul de goluri care reprezint deplasarea ordonat a golurilor din

banda de valen prin structura cristalin n sens opus curentului de electroni.

Si

Si SiSi

Si

Si

Si

Si Si

Si

--

--

-- --



3/6


4

1.3SEMICONDUCTOARE DE TIP N I DE TIP P

Datorit numrului limitatde electroni liberi din banda de conducie i de goluri din

banda de valen, materialele semiconductoare n stare intrinsec nu conduc

curentul electric. Pentru a putea fi utilizate n diverse aplicaii acestea trebuie

prelucrate n scopul mririi conductivitii electrice, prin introducerea controlat aunor impuriti n materialul intrinsec care duce la creterea numrului de purttori de

curent. Acest procedeu se numete dopare.

ntr-un cristal semiconductor electronii liberi reprezint sarcinile negative (N) iar

golurile reprezint sarcinile pozitive (P).

1.3.1 SEMICONDUCTOARE DE TIP P

Aceste semiconductoare au un numr mare de goluri. Deoarece majoritatea

purttorilor de curent este constituit din goluri (sarcini pozitive) acestea poart

denumirea de semiconductoare de tip P.

Pentru a obine un semiconductor de tip P (fig.1.3), un cristal de siliciu pur se

dopeaz cu atomi de impurificare trivaleni(cu trei electroni de valen) aluminiu

(Al), bor (B), galiu (Ga), indiu (In).

Figura 1.3 Semiconductor de siliciu de tip P impurificat cu galiu

Atomul de galiu are trei electroni de valen. Toi cei trei electroni de valen particip

la legturile covalente cu electronii de valen ai atomilor de siliciu. Deoarece un

atom de siliciu are patru electroni de valen la fiecare atom de galiu din cristalul de

siliciu apare cte un gol.

La semiconductorul de tip P, golurile sunt purttori majoritari iar electronii sunt

purttori minoritari.

Si

SiSi

Si

Ga

Gol creat de

atomul de galiu



4/6


5

1.3.2 SEMICONDUCTOARE DE TIP N

Aceste semiconductoare au un numr mare de electroni. Deoarece majoritatea

purttorilor de curent este constituit din electroni (sarcini negative) acestea poart

denumirea de semiconductoare de tip N.Pentru a obine un semiconductor de tip N (fig.1.4), un cristal de siliciu pur se

dopeaz cu atomi de impurificare pentavaleni (cu cinci electroni de valen)

arseniu (As), fosfor (P), bismut (Bi), stibiu (Sb).

Figura 1.4 Semiconductor de siliciu de tip N impurificat cu fosfor

Atomul de fosfor are cinci electroni de valen. Patru dintre cei cinci electroni de

valen particip la legturile covalente cu electronii de valen ai atomilor de siliciu,

iar al cincilea rmne liber (deoarece un atom de siliciu are patru electroni de

valen).

La fiecare atom de fosfor din cristalul de siliciu apare cte un electron liber.

La semiconductorul de tip N, electronii sunt purttori majoritari iar golurile sunt

purttori minoritari.

SiSi

Si

P

Electron liber de la atomul

de fosforSi



5/6


6

REZUMATUL CAPITOLULUI

Din punct de vedere al conductibilitii materialele semiconductoare se

situeaz ntre materialele conductoare care au un numr mare de electroni

(conduc foarte bine curentul electric) i materialele izolatoare care au un

numr foarte mic de electroni liberi (nu conduc curentul electric).

Atomii semiconductoarelor au patru electroni de valen.

Cele mai rspndite materiale semiconductoare sunt: Germaniul, Siliciul i

Carbonul dintre care Sil ic iu l este cel mai larg utilizat.

n jurul nucleului unui atom de material semiconductor se formeaz trei benzi

de energie: banda de valen, banda interzis, banda de conducie.

Electroni i l iberi sunt electronii care la o anumit temperatur a cristalului

semiconductor pur trec din banda de valen n banda de conducie.

Goluri lesunt locurile libere din banda de valen lsate de electronii liberi.

Dac la capetele unui cristal semiconductor se aplic o tensiune, n interiorul

cristalului apare un curent de electronicare reprezint deplasarea ordonat

a electronilor liberi spre polul pozitiv al sursei i un curent de golur i care

reprezint deplasarea ordonat a golurilor spre polul negativ al sursei.

Procedeul prin care unui cristal semiconductor i se adaug impuriti se

numete dopare.

Materialele semiconductoare de tip pse formeaz prin doparea cu atomi de

impurificare trivaleni (Aluminiu, Bor, Gali, Indiu).

ntr-un semiconductor de tip p purttorii majoritari sunt golurile iar purttorii

minoritari sun electronii liberi.

Materialele semiconductoare de tip nse formeaz prin doparea cu atomi de

impurificare pentavaleni (Arseniu, Fosfor, Bismut, Stibiu).

ntr-un semiconductor de tip n purttorii majoritari sunt electronii liberi iar

purttorii minoritari sun golurile.

Electronii sunt sarcini electrice negative iar golurile sunt sarcini electrice

pozitive.



6/6


7

EVALUAREA CUNOTINELOR

I.ncercuiete varianta de rspuns corect.

1. Materialele semiconductoare au:

a. 3 electroni de valen;

b. 4 electroni de valen;

c.5 electroni de valen.

2. Cel mai utilizat material semiconductor este:

a. siliciul;

b.germaniul;

c. carbonul.

3.Pentru a obine un semiconductor de tip pun cristal de siliciu pur se dopeaz cu:

a. trei electroni de valen;

b.patru electroni de valen;

c.cinci electroni de valen.

4.Pentru a obine un semiconductor de tip nun cristal de siliciu pur se dopeaz cu:

a. trei electroni de valen;

b.patru electroni de valen;

c.cinci electroni de valen.II. Completai spaiile libere cu informaia corect.

1.ntr-un cristal semiconductor electronii liberi reprezint sarcinile

iar golurile reprezint sarcinile ..

2.ntr-un semiconductor de tip pelectronii liberi sunt purttorii

iar golurile sunt purttorii ..

3. ntr-un semiconductor de tip n golurile sunt purttorii.

iar electronii liberi sunt purttorii ..4. Procedeul prin care unui semiconductor i se adaug impuriti se numete


Documents

1Materiale-semiconductoare