Ainete elektrijuhtivuslikud omadused on põhiliselt määratud elektronprotsessidega, mis toimuvad valents ja juhtivustsoonis. Ainete jaotumuse pooljuhtideks ja dielektrikuteks määrab nimetatud tsoonide elektronidega täitumus ja neid tsoone eraldava keeluvööndi laius. Pooljuhid on oma omadustelt väga lähedased dielektrikule. Erinevus pooljuhtide ja dielektrikute vahel seisnebki vaid keelutsooni laiuses. Dielektrikus on valentstsoon täielikult täidetud, keelutsoon väga lai ja juhtivustsoon praktiliselt täiesti tühi. Mida laiem on materjali keelutsoon, seda väiksem on tema elektrijuhtivus
juhtivuselektronide tekitamiseks. Tavatemperatuuridel ergastab soojusliikumine pooljuhtides elektrone üle kitsa (1eV) keelutsooni kõrgemasse tsooni juhtivustsooni, jättes valentstsooni auke. Kuna metallides on kõrgeim hõivatud energiatsoon ainult osaliselt elektronidega asustatud, on nad head soojusjuhid. 4. Miks pooljuhtide juhtivus temperatuuri tõstmisel muutub? Vabad elektronid tekivad temperatuuri tõustes, juhtivustsoonis elektronide arv suureneb. 5. Transistorid Kollektor hakkab koguma elektrone, emitter saadab auke välja kollektorisse. Transistori omadus transistor võimendab emitteri ja baasi vahelist pinget. Väikesed pingemuutused emitteri ja baasi vahel tekitavad suuri pingemuutusi baasi ja kollektori vahel. St et transistor on pinge võimendaja. Baasi potentsiaalid npn pos, pnp neg Transistor on pinge võimendaja. 6
...10 eV Aukjuhtivus on aukude siirdumine välise elektrivälja mõjul ühelt alatasemelt teisele pooljuhi valentstsoonis Akseptornivoo on keelutsoonis, valentstsooni läheduses painev energiatase, millele võivad siirdda akseptorlisandi elektronid valentstsoonist Doonornivoo - on keelutsoonis, juhtivustsooni läheduses paiknev energiatase, mille täidavad doonorlisandi elektronid n-pooljuht doonorlisandiga pooljuht enamuslaengukandjateks on välise elektrivälja mõjul juhtivustsoonis liikuvad elektronid p-pooljuht - akseptorlisanidga pooljuht - enamuslaengukandjateks on välise elektrivälja mõjul valentstsoonis liikuvad augud pooljuhtide kasutamine dioodid, raadiod, televiisorid, kiip pn-siire ühinemiskiht n-pooljuhi ja p-pooljuhi vahel päripinge vooluallika positiivne poolus ühendada p-poolmega vastupinge vooluallika negatiivne poolus ühendada p-poolmega diood ühe pn-siirdega pooljuhtseadis, kus kasutatakse pn-siirde ühesuunalist elektrijuhtivust
Dielektrikus pooljuhis:aatomi kõrgemal hõivatud tasemel on 2 vastasprintsiibiga elektroni,liikumisruumi ei ole Täidetud ja tühjatsooni energiate vahet ei saa elektron omandada,sest tema liikumine on laineline s.o keelutsoon Valentstsoon-hõivatud tsoon,mis täitub valentselektronidega. Juhtivustsoon-elektrontsoonile järgnev täitamata tsoon. Metallis on pooltäidetud valentstsoon,on palju vaba ruumi,saab energiat vastu võtta.Suurepärased elektrijuhid. Dielektriku tühjas juhtivustsoonis on energiaruumi avarasti,kuid seal puuduvad elektronid,mida väli võiks liikuma suunata.Ei juhi voolu on isolaatorid. Pooljuhis keelutsoon kitsas ning mõned valentstsooni elektronidest saavad hüpata üle keelutsooni juhtivustsooni.Seal on palju vaba ruumi e. alatasemeid.Valentstsoonis tekib vaba ruumi.Sinna jäävad augud,ka valentstsooni elektronid võivad sinna asetuda. Sellist liikumist nimetatakase aukjuhtivuseks.Auk on posit. Laenguga märgi kandja.Triivib neg pooluse poole
Järgmine lubatud energiatsoon paikneb lootusetult laia (kuni 10 eV) keelutsooni taga. Elektrivoolu ei saa tekkida. 5. Juhtivus-ja valentsitsoonid: Mida kõrgem on pooljuhi temperatuur, seda rohkem elektrone satub juhtivustsooni ja rohkem auke jääb valentstsooni. Pooljuhtide juhtivus kasvab temperatuuri tõustes hüppeliselt. Juhtivus-ja valentsielektronid: - Keelutsoon:Vabad elektronid võivad asuda ainult valentsitsoonis või juhtivustsoonis. Tsoonidevahelised alad on aga "keelatud" tsoonid, kus elektronid statsionaarselt olla ei saa. Seetõttu nimetatakse neid energiavahemikke ka keelutsoonideks. 6. Lisandid(doonorid, aktseptorid). Milliseid aineid kasutatakse? Lisandid suurendavad pooljuhi elektrijuhtivust. Doonor: elektrone loovutav lisand. ained: (As, Sb, Bi) 5-valentsed aatomid. Aktseptorid: vastuvõtja , ained: (Al, B, In, Ga) 3- valentsed aatomid
ühised kogu süsteemile 22.Metallilise sideme iseloomulikuks tunnuseks on see, et iga aatomi üks või mitu el on ühildatud kõigi metalli aatomite poolt. 23.Pooljuht kujutav endast tsooniteooria seisukohalt tahkist, mille keelutsooni laius on väiksem kui 3 eV 24.Tahkises on aatomid omavahel seotud elektromagnetilise tõmbejõu vahendusel. 25. Juhvtivuselektronide arv on võrdne ,,aukude" arvuga ainult puhastes pooljuhtides. 26.Tavalistes(puhastes) pooljuhtudes on laengukandjateks el juhtivustsoonis ja augud valentstsoonis. 27.Tavalises(puhtas) pooljuhis temperatuuri tõustes kasvab juhtivuselektronide ja aukude hulk ühesuguse kiirusega. 28.Bohri aatomimudelis on liikumishulga moment 3h/3biiga elektronil , mis asub kolmandal orbiidil. 29.Millised järgmistest väidetest on tõesed? 1913.aastal korraldatud Francki ja Hertzi katsed kinnitasid aatomite statsionaarsete olekute olemasolu. 30.N.Bohri aatomiteooria kirjeldas adekvaatselt vaid vesiniku aatomit. 31
Valentstsooni elektronid liikuda ei saa, küll aga saavad liikuda kristallis juhtivustsooni elektronid. Seda on kõige lihtsam selgitada elektronide energia sõltuvusega aatomite vahelisest kaugusest (joonis 2.2). Üksiku aatomi korral asuvad elektronid nn potentsiaali augus ja nende liikumine on väga piiratud: suurema energiaga (kaugematel) elektronidel on see veidi suurem. Kristallis on alumistes tsoonides asuvate elektronide liikumine samuti piiratud, juhtivustsoonis asuvatel elektronidel aga potentsiaali barjäär puudub ja nad saavad liikuda kogu kristalli ulatuses. Nivoode energiate vahe juhtivustsoonis on väga väike (10 -17 eV), mistõttu elektriväljas ergastatakse nad kõrgematele vabadele nivoodele, kus nad saavadki liikuda. Seetõttu nimetatakse juhtivustsooni elektrone vabadeks elektronideks. Valentstsoonis olevad augud saavad samuti liikuda kogu kristallis ja neid nimetatakse seetõttu vabadeks aukudeks.
Tingmärk: d)transistor koosneb pnp või npn tüüpi pooljuhtidest. Kasut signaalide võimendamisel. e)kiip koosneb mitmest dioodist, transistorist, takistist,kondensaatorist. 15. Energiatsoonide tekkimine: metallides, dielektrikutes ja pooljuhtides on energiatsoonid. Neid nim valentstsoonideks, juhtivustsoonideks ja keelutsoonideks, Tsoonid tekivad aatomite lähenemisel, mille tulemusel tekivad tahkised. a)metall valentstsoonis ja juhtivustsoonis on palju vaba ruumi, head elektrijuhid. b)pooljuhid keelutsoon kitsas, juhtivustsoon tühi, valentstsoon täidetud,mõningad elektronid suudavad minna juhtivustsooni. Juhib teatud tingimustel el.voolu. c)isolaator-dielektrik juhtivustsoon on vaba, valentstsoon täidetud, elektronid ei saa liikuda juhtivustsooni.Ei juhi el.voolu. 16. L.de Broglie hüpotees: elektronid käituvad liikumisel kui lained. Hüpotees osutus õigeks. Elektronid
Aktseptorlisand pooljuhi võres olev lisand loovutab ,,auke" (p-pooljuht) Doonornivoo keelutsoonis asetsev elektronidega täidetud nivoo, kust elektronid saavad minna juhtivus- või valentstsooni Aktseptornivoo keelutsoonis asetsev elektronidega täitmata nivoo 10. N- ja p-pooljuht N-pooljuht ehk doonorlisandiga pooljuht pooljuht, milles on enamuslaengukandjateks välise elektrivälja mõjul juhtivustsoonis liikuvad elektronid. Tekib kui kristalli kasvatamisel viiakse sinna lisandit, millel on üks elektron rohkem kui põhiaine aatomil. See elekton vabaneb juhtivuselektronina. P-pooljuht ehk aktseptorlisandiga pooljuht pooljuht, milles on enamuslaengukandjateks välise elektrivälja mõjul valentstsoonis liikuvad augud. Tekib, kui kristalli kasvatamisel viiakse sinna lisandit, millel on üks elektron vähem kui põhiaine aatomil. Tekib aukjuhtivus.
Augu liikumine on ekvivalentne positiivse laengu liikumisega tahkes kehas. Kui pole suunatud elektrivälja, siis võtab auk nagu elektrongi osa soojusliikumisest.Välisesse elektrivälja paigutatud pooljuhis lisandub laengukandjate kaootilisele liikumisele suunatud liikumine ehk elektrivool. Elektron ja auk moodustuvad koos, sellepärast nimetatakse pooljuhte, kus vabade elektronide arv võrdub aukude arvuga, omapooljuhtideks. Elektronide ligikaudne kontsentratsioon n juhtivustsoonis on arvutatav Boltzmanni jaotusseadusest tuleneva valemiga - W n = Ne 2 kT [3] kus N on aatomite arv ruumiühikus, T on absoluutne temperatuur, k on Boltzmanni konstant. W/2 on ühe laengukandja vabastamiseks vajalik energia (aktivatsioonienergia W kulutamisel tekib paar elektron-auk). Pooljuhi erijuhtivus avaldub järgmiselt: - W
Augu liikumine on ekvivalentne positiivse laengu liikumisega tahkes kehas. Kui pole suunatud elektrivälja, siis võtab auk nagu elektrongi osa soojusliikumisest.Välisesse elektrivälja paigutatud pooljuhis lisandub laengukandjate kaootilisele liikumisele suunatud liikumine ehk elektrivool. Elektron ja auk moodustuvad koos, sellepärast nimetatakse pooljuhte, kus vabade elektronide arv võrdub aukude arvuga, omapooljuhtideks. Elektronide ligikaudne kontsentratsioon n juhtivustsoonis on arvutatav Boltzmanni jaotusseadusest tuleneva valemiga - W [3] n = Ne 2 kT kus N on aatomite arv ruumiühikus, T on absoluutne temperatuur, k on Boltzmanni konstant. W/2 on ühe laengukandja vabastamiseks vajalik energia (aktivatsioonienergia W kulutamisel tekib paar elektron-auk). Pooljuhi erijuhtivus avaldub järgmiselt: - W
1.Kristall- on keemilise elemendi, ühendi või isomorfse segu korrapäraselt paigutunud aatomeist koosnev tahke homogeenne ja regulaarselt korduva ühikrakuga struktuur. Kristallide korrapärase siseehituse välispidiseks väljenduseks on siledate ja kindlate seaduspärasuste alusel moodustunud tahkudega kristallvormid. Kõik kristallid jagatakse kuue süngoonia vahel, mis omakorda koosnevad kolmekümne kahest punktigrupist. Keelutsoon-Vabad elektronid võivad asuda ainult valentsitsoonis või juhtivustsoonis. Tsoonidevahelised alad on aga "keelatud" tsoonid, kus elektronid statsionaarselt olla ei saa. Seetõttu nimetatakse neid energiavahemikke ka keelutsoonideks. Keelutsoon on energiatsoon, millele vastav energiavahemik on elektronidele laineomaduste tõttu keelatud. Lubatud tsoon- on kristallis valentselektronide energiatasemete jagunemisel tekkinud alatasemete kogum, millele vastavad energiad on elektronidele lubatud. Valentstsoon - on viimane
4. Eristatakse lubatud energiatsoone ja keelutsoone. Lubatud tsoonis saavad elektronid olla, aga keelutsoonis mitte. Lubatud tsoonid on lahutatud omavahel keelutsoonidega. Probleem on selles, kas elektronil on piisavalt energiat, et keelutsoonist üle hüpata ühest lubatud tsoonist teise. 5. Metalli pooltäidetud tsoonis on külluses nii elektrone kui ka vabu alatasemeid energia kasvuruumi. Seepärast nad ongi suurepärased elektrijuhid. Dielektriku tühjas juhtivustsoonis on energiaruumi avarasti, kuid seal puuduvad elektronid, mida väli võiks liikuma suunata. Valentsitsoonis on küll k'ik alatasemed elektronidega täidetud, kuid väli ei saa neid kiirendada : puuduvad vabad alatasemed, millele elektrone kergitada. Nad ei juhi voolu, vaid on isolaatorid. Pooljuhi keelutsoon on suhteliselt kitsas, saab mõningane osa valentsitsooni elektronidest kirstallivõre soojusvõnkumistelt küllalt energiat, et hüpata üle keelutsooni juhtivustsooni
Elektriõpetuses teame, et elektrivool on laengukandjate suunatud liikumine. Tahkistes on laengukandjateks elektronid. Suunatud liikumisse tõukab laengukandjaid elektrijõud, mis neile mõjub tahkisele rakendatud elektriväljas. Metalli pooltäidetud tsoonis on külluses nii elektrone kui ka vabu alatsemeid energia kasvuruumi. Seepärast ongi nad suurepärased elektrijuhid. Dielektrikute tühjas juhtivustsoonis on ,,energiaruumi" avarasti, kuid seal puuduvad elektronid, mida väli võiks liikuma suunata. Valentsitsioonis on küll kõik alatasemed elektronidega täidetud, kuid väli ei saa neid kiirendada: puuduvad vabad alatasemed, mille elektrone kergitada. Nõnda nad ei juhigi voolu, on isolaatorid. Mida kõrgem on pooljuhi temperatuur, seda enam elektrone paisatakse juhtivustsooni ja rohkem auke jääb valentsitsooni. Juhtivus kasvab soojenedes järsult, ja pooljuhte saab
36. Kuidas saab tsoonide järgi eristada pooljuhti dielektrikust? Pooljuhte eristab dielektrikutest keelutsooni laius. Kui see tsoon on suhteliselt kitsas on tegu pooljuhiga, kui lai siis dielektrikuga. 37. Miks on metallid suurepärased elektrijuhid? Miks dielektrikud ei juhi voolu? Metallide pooltäidetud tsoonis on külluses nii elektrone kui ka vabu alatasemeid ehk energia kasvuruumi. Sellepärast ongi nad head elektrijuhid. Dielektrikutel on tühjas juhtivustsoonis palju energiaruumi, kuid seal pole elektrone, mida see väli liikuma saaks panna. Seetõttu ei juhigi nad voolu, vaid on isolaatorid. 38. Mis on juhtivustsoon? Kas pooljuhid juhivad elektrit? Kuidas on see võimalik? Juhtivustsoon on keelutsoonile järgnev täitmata tsoon. Pooljuhis olevad elektronid on küllalt energeetilised ja hüppavad soojusenergiast tulenevalt üle keelutsoonide juhtivustsooni. Kuna juhtivustsoonis on palju vabu alatasemeid, siis saab väli
Pooljuhi keelutsoon on suhteliselt kitsas. Osad valentselektronid saavad soojusliikumise energia arvelt ületada keelutsooni ja siirduda juhtivustsooni. Seal on ka vabu tasemeid, mille abil saab tekitada väli laengute liikumist. Soojusliikumine pole piisav tekitamaks elektronide massilist keelutsooni ületamist. Seepärast on pooljuhtide elektrijuhtivus oluliselt väiksem juhtide omast. Kuna osa elektrone asuvad juhtivustsoonis, siis jääb ka valentstsooni vabu alamtasemeid "auke". Neid täites pääsevad elektronid liikuma. Valentsitsoon tekitab ka nn aukjuhtivust. Aatomid haaravad oma naabrite elektrone. Lisaks elektronidele osutuvad pooljuhtides laengukandjateks ka nn augud e. positiivselt laetud aatomid. Mõlemaid juhtivustüüpe kasutatakse pooljuhtseadistes. Elektroni ja augu ühinemist nimetatakse rekombinatsiooniks. Pooljuhtide liike, soojuse ja valguse mõju tahkistele
Kõige kõrgemat elektroni energiataset, mis on hõivatud (kus asuvad veel elektronid) 0K juures nimetatakse Fermi tasemeks. (Fermi level) Pooljuht Pooljuhid on ained, mille keelutsoon väiksem kui isolaatoril ja seetõttu suudavad elektronid termilise ergastuse korral üle minna juhtivustsooni. Elektronid, mis hüppavad üle juhtivustsooni jätavad maha samasuure arvu tühje energiatasemeid valentstsoonis, mida nimetatakse aukudeks. Nii elektronid juhtivustsoonis kui ka augud valentstsoonis on laengukandjad. Aukusid võime ette kujutada kui positiivse laenguga laengukandjaid, sest nad võivad vabalt liikuda tsoonis. Dielektrik Dielektrikus vabad laengukandjad elektrivälja toimel vabalt liikuda ei saa. Dielektrik on aine, milles elektrivälja mõjul toimub seotud laengukandjate nihkumine oma tasakaaluasendi suhtes. Tuumafüüsika No neid ma küll kuskilt lehtedelt ei leidnud...? Kõik vikipeediast, vaata ise üle.
H2O2 + hn= OH* + OH* Üldiselt toimub ka sellisel juhul mitu paralleelset protsessi. On eelistatav viia protsess läbi happeliste pH väärtuste juures (2,5-3,5) ning see ei sobi tavaliselt raskelt saastatud ning värvunud reovete puhul (neid on vaja enne töötlemist lahjendada). Fotokatalüüs Fotokatalüüsis kasutatakse TiO2/UV süsteemi oksüdatsioonivõimet. TiO2 kiiritamisel vesilahuses lainepikkustel <400 nm tekivad juhtivustsoonis üleliigsed elektronid ning valentstsoonis positiivselt laetud ,,augud". Need augud oksüdeerivad vett ning tekivad OH radikaalid ning prooton: hv = e- + h+ ; h+ +H2O = HO*+H+ OH radikaalid oksüdeerivad omakorda vees lahustunud orgaanikat, süsteem ei ole tundlik pH-le. Võimaldab lagundada ning mineraliseerida erinevaid orgaanilisi ühendeid. Osooni ja UV-kiirguse kombinatsioon (O3/UV ) Osoon neelab hästi UV-kiirgust 254 nm juures ning selle protsessi tagajärjel tekib vaheproduktina
Eg. Vastav ergastusprotsess on kujutatud joonisel 7.17. Vajalik ergastusenergia on paljudele ainetele suurusjärgus mõned elektronvoldid ja ergastamiseks peab kasutama mitteelektriline moodust: soojust või valgust. Elektronide arv, mis ergastatakse termiliselt juhtivustsooni, on määratud keelutsooni laiuse Eg ja temperatuuriga T. Mida laiem on keelutsoon, seda väiksem on antud temperatuuril tõenäosus, et valentselektronid ergastatakse termiliselt mingile energiaolekule juhtivustsoonis. Tulemuseks on väike arv juhtivuselektrone ja madal elektrijuhtivus. Teiste sõnadega, mida laiem on materjali keelutsoon, seda väiksem on tema elektrijuhtivus. Erinevus pooljuhtide ja isolaatorite vahel seisnebki vaid keelutsooni laiuses, pooljuhtidel on see kitsas ja isolaatoritel suhteliselt lai. Lähtudes keemilise sideme teooriast (ptk 2) on pooljuhtide ja isolaatorite elektrilised omadused interpreteeritavad järgnevalt. Isolaatoritele on omane tugev iooniline või kovalentne side
Seega põhjustab elektronide üleminek ühest sidemest teise aukude vastassuunaline liikumine. Puhtas pooljuhis on vabade elektronide arv võrdne aukude arvuga. Niisuguse puhtpooljuhi elektrijuhtivus on madalal temperatuuril lähedane dielektriku omale. Temperatuuri tõustes kasvab vabade e. juhtivus elektronide hulk kiiresti ning vastavalt väheneb pooljuhi eritakistus. Seega elektrivoolu tekkimiseks pooljuhis on vajalik vabade energianivoode olemasolu kas valents- või juhtivustsoonis ning Elektriväli, mis tekitatakse potentsiaalide vahe abil. Voolu tiheduse seos laengute kontsentratsiooni ja liikuvusega. DA Lisandid Enamus/vähemus langukandajad Elektriline neutraalsus [vaata | 11. pn-siirde ehitus ja vool. muuda]
-Kui N aatomit tahkises on üksteisest suhteliselt kaugel, siis nad ei avalda üksteisele vastasmõju. tahkes aines tekib nn. energiatsoonide valentsja juhtivustsoon 15. Mis on valents- ja juhtivustsoon? -mille vahel asub energeetiline piirkond, kus elektrone on väga vähe või ei ole üldse. Valents ja juhtivustsoon on eraldatud teineteisest nn. keelatud tsooniga. 16. Miks dielektrikud ei juhi elektrit? -Dielektrikus on vähe vabu laengukandjaid juhtivustsoonis, keelutsoon on liiga lai. 17. Kuidas tekkib staatiline elekter? on tasakaalust väljaviidud elektrilaengute kogum materjali pinnal või selle sees. 18. Mis on aine kristallvõre? Aine kristallis on igal aatomil kindel hulk naaberaatomeid võrdsetel kaugustel. 19. Mis on metallide tegelik struktuur? Metallide kristallid on tavaliselt väikeste mõõtmetega (mikromeetrites). · Seetõttu koosnevad metallesemed väga paljudest kristallidest. · Metalli niisugust
annaabi.ee 
