Semiconductori - Cum circula curentul electric in semiconductoare?

Semiconductori

Experienta a dovedit ca un cristal cu retea ionica este rau conductor de electricitate la temperatura normala, in schimb devine conductibil daca se incalzeste pana in apropierea punctului de topire. Cum cristalul nu contine electroni liberi ca metalele, transportul de electricitate se datoreaza ionilor si de aceea este considerat nu ca un conductor obisnuit ci ca un semiconductor.

Semiconductorii sunt deci corpuri solide, in care transportul de electricitate are loc datorita ionilor. Majoritatea oxizilor metalelor, a compusilor lor sulfurosi si a altor compusi, grafitul, seleniul, germaniul, siliciul, telurul si alte elemente apartin grupei semiconductorilor.

Cum circula curentul electric in semiconductoare ?

Ne referim la germaniu reprezentantul tipic al semiconductorilor.

In timpul cristalizarii, atomii germaniului ca si atomii altor corpuri cristaline se asaza intr-o ordine stricta formand reteaua cristalina. La germaniu fiecare atom formeaza cate o legatura bielectronica cu alti patru atomi. Un astfel de cristal constituie un sistem foarte stabil, mai ales la temperaturi joase. In el fiecare atom este puternic legat de atomi vecini prin toti electronii sai de valenta. In cristal neexistand electroni liberi la temperatura joasa, acesta este un izolator, adica un rau conductor.

In semiconductor, conductibilitatea apare numai daca in el se ivesc electroni liberi, situatie la care se poate ajunge in urma ruperii unor legaturi intre atomi. O astfel de rupere se poate produce la incalzirea semiconductorului. Sub influenta temperaturii, atomii incep sa se miste oscilatoriu si electronul, care capata o energie suplimentara, va putea sa rupa legatura sa cu atomul, sa se elibereze si apoi sa se deplaseze in interiorul cristalului, contribuind astfel la aparitia curentului electric.

Locul eliberat de electron poate fi ocupat de un electron vecin, oarecare. Pe locul eliberat de acest electron sare un al treilea electron si astfel prin cristal poate trece de la atom la atom stafeta electronilor, concomitent cu stafeta locurilor vacante, care pot fi ocupate de electronul ce trece in directia opsa. De obicei, locul eliberat de electron, se numeste "gol".

Indepartarea din atom a unui electron, care poarta sarcina negativa, face ca atomul pana atunci neutru, sa devina incarcat pozitiv. Electronul avand o sarcina negativa se poate spune ca golul are una pozitiva. In urma agitatiei termice, electronii care s-au desprins de atomi se vor deplasa haotic prin atomic. Daca in cristal actioneaza un camp electric exterior, atunci electronii se vor indrepta spre polul pozitiv dand nastere la un curent electric. Un astfel de curent, generat de electronii liberi poarta denumirea de curent electronic, iar semiconductorii se numesc semiconductori cu conductibilitate electronica.

Semiconductorii pot poseda si celalalt tip de conductibilitate denumita conductibilitate prin goluri.

In cristalul semiconductor pot fi create conditii in care numarul golurilor sa nu mai corespunda numarului de electroni eliberati. Intr-un astfel de cristal poate predomina atat curentul electronic cat si curentul de goluri. Preponderenta unuia asupra celuilalt se asigura prin introducerea in critalul pur a unor adaosuri. Preponderenta curentului prin goluri asupra curentului electronic se realizeaza prin adaosuri de indiu, galiu si alte metale. Preponderenta curentului electronic asupra celei prin goluri se asigura prin introducerea adaosurilor de stibiu, arsen, bismut etc.