Ontola > Fyzika > diskuze
| Nahlásit

Přechod PN zapojený v... závěrném směru...?

Moje nepochopení vůči přechdu PN, zapojenému ve všech možných směrech, vyvrcholila v poslední zahalený bod: uprostřed přechodu v místě styku polovodičů tipu P a N je stacionární elektrické pole tvořené nepohyblivými ionty. Anionty (P) tvořené prvky 3.A skupiny, obohacené o jeden elektron, a kationty (N) z prvků 5.A skupiny, které jsou zas o elektron ochuzeny. Proč se tedy elektrony v místě styku nepřesypou od 'přesycených' aniontů k 'hladovým' kationtům??
Témata: fyzika

7 reakcí

| Nahlásit
Ahoj,
zběžně jsem prolítla i tvůj minulí dotaz takže předpokládám že víš že se nejedná o anionty a kationty. Taky předpokládám že tvoje prohození P a N v této otázce je jen chyba ze zmotanosti :D a že víš že je to obráceně (tedy polovodiče typu P jenž jsou jak píšeš tvořeny prvky III. skupiny jdou "kladně nabité" díry a N nejsou kladné ale záporně nabité (protože jeden elektron přebívá zatímco u děr chybí))
Předpokládám taky že zapojení v propustném směru chápeš. V závěrném směru je N zapojeno u + a naopak, záporné elektrony tedy chtějí putovat směrem ke kladnému pólu a díry "chtějí putovat" k zápornému polu, mezi nimi je tím pádem ovšem "mezera" hradlová vrstava - která má v tuto chvíli velký odpor - podle vzorce U=RI tedy neprochází žádný (nebo zanedbatelný proud). Pokud není dioda zapojená elektrony se bez proudu nenaskáčou do děr aby se z polovodiče stal vodič.
| Nahlásit
Děkuju elen2. :D Tohle ale nebyl problém o kterej mi šlo. Rozumim pohybu děr i elektronů, kde a kdy se vyskytujou a všechno kolem toho. To čemu nerozumim je právě ten zbytek. V části N jsou volné elektrony a kladné kationty, v P zas kladné díry a záporné anionty. Anionty vznikou přidáním elektronu do prvku 3.A a kationty odtržením elektronu od prvku 5.A. Po vytvoření hradlové vrstvy jsou uprostřed právě jen ty ionty a volné nosiče jsou odsunuty ke straně (díky poli, které ionty uprostřed vytváří). Ionty se nemůžou pohybovat, ale mohou si vyměňovat elektrony. A moje otázka zní, ProČ to teda neudělají? Vždyť pro prvek 3.A to neni přirozený mít o elektron navíc, podle mě ho drží jen minimální síla. Tak sem to myslel. Prosím poraďte mě to vrtá v hlavě :)
| Nahlásit
Jo a ten nadpis je trochu zavádějící, ono to (podle mě) musí jít i bez zapojení
| Nahlásit
Pokud chceš ještě podrobnější a přesnější vysvětlení, pak musíme zabrousit do oblasti kvantové fyziky a obecné chemie. Křemík nebo germanium mají čtyři valenční elektrony. Ty vlivem vazebných partnerů hybridizují do konfigurace sp3 a vytvoří vazby s okolními atomy křemíku. Každý z těchto čtyř orbitalů je zaplněný elektronovým párem. Pokud ale do křemíku přidáme atomy 3. skupiny PSP, které mají jen 3 valenční elektrony a mají tedy jeden ze čtyř hybridizovaných orbitalů volný, vytvoří se tři úplné kovalentní vazby a jeden ze společných orbitalů bude zaplněný pouze jedním elektronem. Tato, energeticky nevýhodná situace, je v chemii řešena tím, že vzniklá molekula naváže další aniont a vznikne tak poměrně stabilní aniont typu BF4(-) nebo AlCl4(-). V křemíkovém krystalu takový elektronový deficit (díru) zaplní první volný elektron, který se vyskytne poblíž. Tím se elektron stane součástí kovalentní vazby, ale díky přebytku záporného náboje je vázán méně pevně, než ostatní valenční elektrony. Nicméně jeho energie je menší, než energie volného elektronu. Dodáním energie (teplo, světlo) se ale uvolní snáz, než ostatní valenční elektrony. Pro naše účely je důležité, že rekombinovaná díra v P-polovodiči má tím pádem záporný náboj. Díra samotná je elektricky neutrální.
U polovodiče typu N je situace jiná. Zde jako příměsi slouží prvky 5. skupiny s 5 elektrony. Ty vytvoří s křemíkem 4 kovalentní vazby, 5. elektron přejde na orbital d (hybridizace sp3d), kde zůstane nespárován. Nespárovaný elektron je jednak energeticky bohatší i díky tomu, že je na orbitalu d, a tudíž se velmi snadno uvolní. Při chaotickém pohybu v mřížce přejde rozhraní, kde je zachycen nepárovým elektronem na neúplně zaplněném orbitalu. Oblast, ze které byl vypuzen, získala kladný náboj. Tak vznikne na přechodu P-N napěťový spád. Na straně polovodiče N je kladný náboj, na straně polovodiče P je záporný náboj. V oblasti nejsou žádné snadno uvolnitelné elektrony z těchto majoritních nosičů náboje. Pokud teď na polovodič typu N přivedeme elektrony, budou zaplňovat místa po uvolněných elektronech v oblasti přechodu, protože jsou přitahovány kladným napětím, které tam vzniklo uvolněnými nevazebnými elektrony. Zánikem kladného náboje N-polovodiče v oblasti přechodu se mohou elektrony, které zapnily díry v polovodiči P v oblasti přechodu, pohybovat hlouběji do krystalu, až se dostanou ke kladně nabité elektrodě. Vnější pole je v tomto případě v souhlasu se spontánním polem, vzniklým v oblasti přechodu.
Když vnější napětí otočíme a přiložíme zápornou elektrodu na polovodič typu P, budou přivedené elektrony odpuzovány oblastí záporného náboje u přechodu. Pro elektrony, které přešly z oblasti N do oblasti P spontánně, je zpětný přechod energeticky nevýhodný, v polovodiči typu P jsou vázány pevněji, mají menší energii. Pokud mají přejít do oblasti, kde budou mít větší energii, musí jim být dodána, třeba vnějším polem - napětím, při kterém dojde k průrazu přechodu.
| Nahlásit
Když to teď po sobě čtu, ještě bych to doplnil:
Nevím, jestli jsi se už setkal s teorií molekulových orbitalů. Pokud ano, pak připomenu - kombinací valenčních atomových orbitalů vznikají vazebné, nevazebné a antivazebné orbitaly. Energie elektronu v těchto oblastech roste od vazebných přes nevazebné až k antivazebným orbitalům. Orbitaly se zaplňují postupně tak, že nejprve se zaplní vazebné orbitaly, pak se zaplňují antivazebné orbitaly. Nevazebné orbitaly se nekombinují s orbitaly jiného atomu a jejich energie se přítomností okolních atomů mění jen velmi málo. V P-polovodiči tedy existuje nezapněný vazebný orbital, což je právě ona díra. Do ní zapadne volný elektron a vytvoří s elektronem křemíku elektronový pár, který se pohybuje na vazebném orbitalu. Tato situace je energeticky natolik výhodná, že dokáže vytvořit poměrně pevný záporně nabitý iont i ve vodném roztoku pomocí vazby donor-akceptor.V polovodiči typu P tedy většina elektronů přeskakuje mezi těmito místy. V místě přiložené kladné elektrody, elektroda odchytává elektrony v okamžiku přeskoku. Na přechodu vzniká napěťový spád proto, že nevazebné elektrony z polovodiče typu N mohou přecházet do polovodiče typu P, kde jsou zachyceny a vázány podsatně pevněji - energeticky výhodněji, jejich energie je menší než byla v neutrálním polovodiči typu N. Samovolně proto nemohou zpět, stejně jako voda neteče do kopce, každý systém se snaží dostat do stavu, kdy má nejmenší energii. Zaplnění volných míst v polovodiči typu N brání blízká oblast se záporným nábojem v polovodiči typu P. Obě opačně nabité oblasti se vzájemně ovlivňují a do jisté míry stabilizují. Napětí v propustné směru tento stabilizační vliv zruší, napětí v závěrném směru jej naopak zesílí.
| Nahlásit
Velký dík tobě Mezku. Takže je to tak, že v kationtu mají elektrony pohodlnější křesílka a tak je může přesvědčit k tomu, aby přesedly do aniontu, jen určité napětí (nemalé). Nepřesednou ani díky polaritě (kationt s tvrdší židličkou elektron přitahuje), která je nutí přesednout, ale je moc slabá na to, aby se jí to povedlo. Když pak začnou přesedat, tak došlo k průrazu přechodu PN. Že? :D
| Nahlásit
Ještě oprava- slova kationt a aniont mají být přehozena
 Anonym
Odpovídat lze i bez registrace. Dodržujte pravidla Ontoly
Vložit: Obrázek