17. Et keelutsoon on suhteliselt kitsas, saab mõningane osa valentsitsooni elektronidest kristallvõre soojusvõnkumiselt küllalt energiat, et hüpata üle keelutsooni juhtivtsooni. Ehk temperatuuri tõustes saavad osakesed rohkem energiat. 18. Pooljuhi omajuhtivusega on tegemist, kui väliste mõjudel tekivad vabad elektrionid ja augud üheaegselt on tundlikud temperatuuri muutustele. Teda iseloomustatakse eritakistuse abil.POOLJUHID ·Asuvad juhtivuselt mittejuhtide ja juhtide vahepeal. ·Tüüpilised pooljuhid on räni ja germaanium. Mõlemad neljavalentsed. ·Pooljuhtide juhtivus sõltub oluliselt temperatuurist, valgustatusest ja lisanditest. · Eristatakse n- ja p-tüüpi pooljuhte ehk elektron- ja aukjuhtivusega pooljuhte. 17
haaravad ning valentstsooni auke jätvad aktseptorid. Doonorlisandiga pooljuhid on npooljuhid, aktseptorlisandiga pooljuht aga ppooljuht ( joonis), (joonis n ja ppooljuhi võrepilt (A) ja tsooniskeem (B). Üksikute lisandiaatomite tasemed ei teisene tsoonideks. +4 põhiaine (Si, Ge) 4 valentselektronidega aatomid; +5 doonorlisandi (Sb, Bi) 5valentsed aatomid; +3 aktseptorlisandi (Al, B, In, Ga) 3valentsed aatomid), ( joonis omajuhtivusega pooljuhis (n&p) kannavad voolu nii elektronid kui ka augud, npooljuhis peamiselt e, ppooljuhis peamiselt augud, I leppeline voolusuund) DIOOD Siirdekiht p ja npooljuhi vahel, pnsiire juhib elektrivoolu ainult suunas ppoolmelt npoolmele; seetõttu toimub vahelduvvooluringi lülitatud pnsiire (diood) alandina ( joonis pooljuhtdiood juhib voolu vaid ühes, pärisuunas), ( joonis pooljuhtdiooni voltamperkõver (tunnusjoon), nõrka vastuvoolu
minna iooniliseks sidemeks.Sel puhul liigub seotud elektronpaar tervikuna suurema elektronegatiivsusega elemendi elektronkattesse ning moodustab negatiivselt laetud iooni. 2. Pooljuhtmaterjalid on oma juhtivuselt metallide ja isolaatorite vahepeal. Nad ei juhi voolu nii hästi nagu metallid ega ole sellised isolaatorid nagu klaas või portselan või plastmassid. Kui materjal sisaldab ainult neljavalentseid elemente nagu germaanium ja räni, siis neid materjale nimetatakse omajuhtivusega pooljuhtmaterjalideks. Pooljuhtmaterjalidele avaldab mõju soojus ja valgus. Temperatuuri tõusuga tekib rohkem vabu elektrone ja materjali takistus väheneb. Valguse langemisega juhtivus suureneb võrdeliselt valgusvooga. N-TÜÜP Kui 4-valentsete elemendi kristalli kasvatamisel lisada iga 10miljoni 4-valentse elemendi aatomi kohta 1 5-valentse elemendi aatom, siis saadakse n-tüüpi pooljuhtmatejal - negatiivne, sest elektron on negatiivse laenguga. JOONIS 5-valentse elemendi 4 elektroni on
ahelikku pidi edasi. Seega on auk pos. laengukandja, ta triivib vooluallika neg.pooluse poole.) 6.mis on termistor?ehk termotakisti. Mida kõrgem on pooljuhi temp, seda enam elektrone paisatakse juhtivustsooni ja rohkem auke jääb valentsitsooni. Juhtivus kasvab soojenedes järsult ja pooljuhte saab kasutada tundlike temp.tajurite poolt- termistoridena. 7.mis kannavad elektrivoolu n-tüüpi ja p-tüüpi pooljuhtides?omajuhtivusega juhis kannavad voolu nii elektronid kui ka augud, n-pooljuhis-peam.elektronid, p-pooljuhis peam.augud. 8.millel põhineb fototakistite toime?Fototakistite toime põhineb kahe elektroodiga pooljuhtfotoelemendil, mille elektrijuhtivus sõltub seadisele langeva kiirguse intensiivsusest ja spektrist. F-te omadused sõltuvad temp.neil on suur eritundlikus ja ajakonstant, mittelineaarne valguskarakteristika ja kõrge müratase. 9.mis on doonor ja akseptor pooljuhid? Too 2 näidet
erinevates kristallsüsteemides. 8.Nimeta kriteeriumid, mis määravad ära lisandi asendusliku lahustumise astme? a)aatomi suuruse faktor b)elektronegatiivsuse faktor c)asendatava ja asendava aatomi valents d)struktuuri faktor 9.Mis on statsionaarne difusioon? Statsionaarne difusioon on difusiooni erijuht, kus ei toimu protsessi käigus muutusi nii allika kui ka difusiooni lõpp-punkti lisandi konsentratsioonis. 10.Mis on omajuhtivusega pooljuht? Omajuhtivusega pooljuht on omane temepratuuri 0 k täielikult täidetud valentstsoon, mis on eraldatud tühjast juhtivustsoonist suhteliselt kitsa keelutsooniga. 11.Kuidas toimub valguse neeldumine mittemetallilises materjalis? Kui valgus läbib mittemetallilist materjali siis osa valgusest neeldub: I/Io=e ^(-alfa*l) 12.Mis on eutektikapunkt? Peenkristallilise segu tahkumise või sulamis temp. Ja koostise sõltuvuse graafikul vastab
Kui materjalile on rakendatud elektriväli, siis püüavad kõik vabad elektronid liikuda kiirendusega vastu välja suunda. 13. Millest sõltub metalli elektritakistus? temperatuurist ja materjalide koostisest. 14. Temperatuuri mõju metalli elektritakistusele? Puhastes metallides suureneb elektritakistus lineaarselt temperatuuriga 15. Lisandi mõju metalli elektritakistusele? Lisandtakistus sõltub lisandi kontsentratsioonist vastavalt I = ACi(1 -Ci) 15. Mis on omajuhtivusega pooljuht? on pooljuhtmaterjalid, mille elektrilised omadused on põhjustatud puhta aine elektronstruktuurist. 16. Mis on lisandpooljuht? pooljuhi elektrilised omadused on määratud lisandaatomitega 17. Kirjuta avaldus elektrijuhtivusele omajuhtivusega pooljuhis? Mis on n-tüüpi lisandjuhivus? . n-tüüpi lisandpooljuhtmaterjalis on elektronid põhilisteks laengukandjateks ja augud mittepõhilisteks laengukandjateks. n-tüüpi pooljuhis on Fermi nivoo
7. Allotroopia? Paljud elemendid võivad eksisteerida erinevates temperatuuri ja rõhutingimustes erinevates kristallsüsteemides. 8.Kriteeriumid, mis määravad ära lisandi asendusliku lahustumise astme? a)aatomi suuruse faktor b)elektronegatiivsuse faktor e)asendatava ja asendava aatomi valents d)struktuuri faktor 9.Statsionaarne difusioon?on difusiooni erijuht, kus ei toimu protsessi kaigus muutusi nii allika kui ka difusiooni lõpp-punkti lisandi konsentratsioonis. 10.Omajuhtivusega pooljuht? on omane temperatuuri 0 k taielikult täidetud valentstsoon, mis on eraldatud tühjast juhtivustsoonist suhteliselt kitsa keelutsooniga. 11.Valguse neeldumine mittemetallilises materjalis? Kui valgus läbib mittemetallilist materjali siis osa valgust neeldub:I/Io=e^(-alfa*l) 12.Eutektikapunkt? Peenkristallilise segu tahkumise või sulamis temp. ja koostise sõltuvuse graafikul vastab eutektikumile eutektiline punkt, milles eutektikum on tasakaalus tahkete faasidega. 13
......................................................................................... 59 7.6. Temperatuuri mõju materjalide elektrijuhtivusele ................................................. 59 7.7. Lisandite mõju materjalide elektrijuhtivusele ......................................................... 60 7.8. Pooljuhid.................................................................................................................. 60 7.8.1. Omajuhtivusega pooljuhid .............................................................................. 60 7.9. Augud pooljuhtmaterjalides .................................................................................... 60 7.10. Omajuhtivus ........................................................................................................ 61 7.11. Lisandpooljuhtmaterjalid .................................................................................... 61 7.11
omaduste ärakasutamisel. Pooljuhtseadiste hulka kuuluvad näiteks pooljuhtdioodid, türistorid, transistorid, integraalskeemid jm elektroonikakomponendid. Pooljuhid on ained, mille erijuhtivus on väiksem kui elektrijuhtidel (metallidel) ja suurem kui dielektrikutel. Joonis 3.1. Mõnede materjalide paiknemine eritakistuste skaalal [6]. Kui valmistada kolmest erinevast materjalist - vask Cu (metall ja elektrijuht), puhas räni Si i (pooljuht; indeks i tähistab omajuhtivusega puhast pooljuhtmaterjali) ja polüvinüülkloriid (PVC, dielektrik) - igaühest varras pikkusega 1 m ja ristlõikega 1 mm2, siis oleksid nende varraste takistused järgmised (tabel 3.1): Tabel 3.1. Kolmest erinevast materjalist valmistatud varraste võrdlus [6]. 1 m pikkuse ja 1 mm2 ristlõikega varda takistus (vasakul oomides kui põhiühikutes, paremal kordsetes ühikutes) Cu 17,5 * 10-3 W 17,5 mW
Seega energianivoode käik vastab potentsiaali muutumisele. Kui pooljuhis tekib sisemine elektriväli (näiteks p-n siirde alal), siis seal energiatsoonid on kaldu. Pooljuhi erijuhtivus on elektron(n)- ja auk(p)juhtivuste summa: = n + p = e * n * n + e * p * p kus n elektronide kontsentratsioon; p aukude kontsentratsioon; n ja p on vastavalt elektronide ja aukude liikuvused; e elektroni laeng -1,6 10-19 C. Omajuhtivusega pooljuhis tekib iga vaba elektroni kohta juhtivustsoonis üks vaba auk valentstsoonis ja ni = pi ning = e ni (n + p) kus i tähistab omapooljuhti (intrinsic). Elektronide kontsentratsioon võrdub nivoode tihedus korrutatud nende nivoode elektronidega täitumise tõenäosus. Omapooljuhis sõltub nivoode elektronidega täitumise tõenäosus eksponentsiaalselt pooljuhi keelutsooni laiusest E ja temperatuurist T, seega avaldub n võrrandiga ni = 2Nc e - E/2kT
Elektroonika alused. Teema 4 Optoelektroonika elemendid ja infoesitusseadmed 6 (43) Fotovoolu võimendamiseks tuleb tema väljundisse ühendada võimendi, milleks reeglina kasutatakse operatsioonivõimendit. Sageli on vajalik võimendi selline lülitus, et ta toimiks voolu-pinge muundurina. Lisaks tavalistele pn-siirdega fotodioodidele toodetakse pin-struktuuriga dioode, kus p- ja n-kihi vahel on õhuke väikese omajuhtivusega i-kiht. Sellised fotodioodid on märksa kõrgsageduslikumad, tajudes valguse muutust mõne nanosekundi jooksul. Kiiretoimelised on ka Schottky barjääriga fotodioodid. Väga nõrga valgussignaali korral kasutatakse laviinfotodioode. Nende npip-struktuuris on i-kiht täielikult vaesunud (vastupinge piisavalt tugev) ning seal toimib tugev elektriväli, mis suurendab toimekiirust ja võib põhjustada laengukandjate laviinpaljunemist.
Võime jälgida, kuidas toimub augu liikumine esimesest aatomist viiendani. Elektron Neutr. Aatom Auguga aatom JOONIS 4.2. Nagu joonisel toodud skeemil selgub, esineb üheaegselt nii elektronide kui aukude liikumine. Kui keemiliselt puhtas aines tekkib üheaegselt sama arv elektrone ja auke, nagu praegu kirjeldasime. siis on meil tegemist materjali omajuhtivusega. Kuna ELEKTROONIKAKOMPONENDID lk.20 laengukandjaid on siin kahesuguseid, eristatakse ka kahesugust juhtivust. Elektronide liikumisest tingitud juhtivust nimetatakse elektronjuhtivuseks ehk n-juhtivuseks (sõnast "negative"), aukude liikumisest tingitud juhtivust aga aukjuhtivuseks ehk p-juhtivuseks (sõnast "positive"). Peale omajuhtivuse on sobivate lisandite lisamisega materjalile võimalik
2 toodud skeem. Joonisel tähtedega tähistatud ridades on aine struktuur erinevatel ajahetkedel. Võime jälgida, kuidas toimub augu liikumine esimesest aatomist viiendani. 3 JOONIS 1 2 Nagu joonisel toodud skeemil selgub, esineb üheaegselt nii elektronide kui aukude liikumine. Kui keemiliselt puhtas aines tekkib üheaegselt sama arv elektrone ja auke, nagu praegu kirjeldasime, siis on meil tegemist materjali omajuhtivusega Laengukandjaid on siin kahesuguseid ja eristatakse ka kahesugust juhtivust. Elektronide liikumisest tingitud juhtivust nimetatakse elektronjuhtivuseks ehk N-juhtivuseks (sõnast "negative"), aukude liikumisest tingitud juhtivust aga aukjuhtivuseks ehk P- juhtivuseks(sõnast "positive"). Peale omajuhtivuse on sobivate lisandite lisamisega materjalile võimalik kunstlikult tekitada täiendavat - lisandjuhtivust. Lisanditest tingitud juhtivus on alati üheliigiline, s.t
selgitada joonisel 1.2 toodud skeem. Joonisel tähtedega tähistatud ridades on aine struktuur erinevatel ajahetkedel. Võime jälgida, kuidas toimub augu liikumine esimesest aatomist viiendani. JOONIS 1 2 Nagu joonisel toodud skeemil selgub, esineb üheaegselt nii elektronide kui aukude liikumine. Kui keemiliselt puhtas aines tekkib üheaegselt sama arv elektrone ja auke, nagu praegu kirjeldasime, siis on meil tegemist materjali omajuhtivusega Laengukandjaid on siin kahesuguseid ja eristatakse ka kahesugust juhtivust. Elektronide liikumisest tingitud juhtivust nimetatakse elektronjuhtivuseks ehk N-juhtivuseks (sõnast "negative"), aukude liikumisest tingitud juhtivust aga aukjuhtivuseks ehk P- juhtivuseks(sõnast "positive"). Peale omajuhtivuse on sobivate lisandite lisamisega materjalile võimalik kunstlikult tekitada täiendavat - lisandjuhtivust. Lisanditest tingitud juhtivus on alati üheliigiline, s.t. kas elektron- või
annaabi.ee 
