Post on 26-Feb-2018
7/25/2019 1Materiale-semiconductoare
1/6
CAPITOLUL 1. MATERIALE SEMICONDUCTOARE
2
CAPITOLUL 1. MATERIALE SEMICONDUCTOARE
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/
7/25/2019 1Materiale-semiconductoare
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
--
--
-- --
Auxiliarul curricular - Electronic Analogic - este publicat online la adresa http://eprofu.ro/electronica/
7/25/2019 1Materiale-semiconductoare
3/6
CAPITOLUL 1. MATERIALE SEMICONDUCTOARE
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
Auxiliarul curricular - Electronic Analogic - este publicat online la adresa http://eprofu.ro/electronica/
7/25/2019 1Materiale-semiconductoare
4/6
AUXILIAR ELECTRONIC ANALOGIC COMPONENTE ELECTRONICE
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
Auxiliarul curricular - Electronic Analogic - este publicat online la adresa http://eprofu.ro/electronica/
7/25/2019 1Materiale-semiconductoare
5/6
CAPITOLUL 1. MATERIALE SEMICONDUCTOARE
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.
Auxiliarul curricular - Electronic Analogic - este publicat online la adresa http://eprofu.ro/electronica/
7/25/2019 1Materiale-semiconductoare
6/6
AUXILIAR ELECTRONIC ANALOGIC COMPONENTE ELECTRONICE
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
Auxiliarul curricular - Electronic Analogic - este publicat online la adresa http://eprofu.ro/electronica/