3_05_Vedeni_v_polovodicich

γ > 106 S⋅m-1), nevodiče (γ < 10-8 S⋅m-1) a polovodiče. Polovodiče se 

vyznačují mnohem větší teplotní závislostí měrné vodivosti než je tomu u vodičů. V látkách 
rozlišujeme  elektronovou  vodivost  –  nositeli  proudu  jsou  elektrony,  a  vodivost  iontovou  – 
nositeli proudu jsou ionty. Elektronová vodivost je typická pro kovové vodiče a polovodiče. 
 
V  krystalu  konečného  rozměru  se  vyskytuje  mezi  zakázanými  energetickými  pásy  velké 
množství  těsně  přiléhajících  energetických  hladin,  což  plyne  z řešení  kvantové  úlohy  o 
pohybu elektronů v krystalové struktuře pevné látky. Podle Pauliho vylučovacího principu se 
může  na  každé  hladině  vyskytovat  jen  omezený  počet  elektronů.  Elektrony  v  pásu  s  nižší 
energií  (valenční  pás)  jsou  k  atomu  pevně  vázány,  v  periferním  pásu  s  vyšší  energií 
(vodivostní  pás)  se  nacházejí  elektrony  slabě  k  atomu  vázané  (Obr.  3.5.-1).  Rozlišujeme 
proto  elektrony  valenční  a  vodivostní.  Mezi  oběma  pásy  se  nachází  zakázaný  pás,  k  jehož 
překonání potřebují elektrony získat energii (Obr. 3.5.-2). 
 

443 

V  kovech  je  valenční  pás  zcela  zaplněn  a  ve  vodivostním  pásu  se  nachází  určitý  počet 
elektronů.  Právě  elektronům,  nacházejícím  se  ve  vodivostním  pásu,  lze  dodat  energii  k 
přechodu  na  ještě  vyšší  energetické  hladiny.  Usměrněný  pohyb  těchto  elektronů  pak 
představuje elektrický proud.  
 
Polovodiče a nevodiče (dielektrika) neobsahují ve vodivostním pásu volné elektrony, mohou 
se  do  něj  dostat  z  valenčního  pásu  pouze  tehdy,  přijmou-li  dostatečné  množství  energie.  U 
polovodičů  vyvolává  vodivost  osvětlení,  zvýšená  teplota,  elektrické  pole  apod.  Jestliže 
dodáme čistému polovodiči vhodnou příměs, je možné vytvořit v zakázaném pásu dostatečně 
úzké  příměsové  pásy,  které  usnadňují  přechod  elektronů  do  vodivostního  pásu.  Pokud  by  se 
teplota  křemíku  (obecně  polovodiče)  pohybovala  blízko  absolutní  nuly,  choval  by  se  krystal 
čistého křemíku jako nevodič, neboť všechny elektrony by byly vázány k atomům (Obr. 3.5.-
4a).  Jestliže  se  teplota  zvýší,  poruší  se  vazby  elektronů  k  atomům  a  ty  se  dostanou  do 
vodivostního pásu. Místa, v nichž se elektrony před uvolněním nacházely, se nazývají díry a 
přiřazuje se jim "kladný elektrický náboj". Jak elektrony, tak díry se mohou v látce pohybovat 
(Obr. 3.5.-4b). Neustále dochází ke vzniku a rekombinaci páru volný elektron-díra.   
 
Pokud  není  k  polovodiči  připojen  zdroj  elektrického  napětí,  pohybují  se  elektrony  a  díry 
neuspořádaně. Po připojení zdroje se posouvají elektrony proti intenzitě vnějšího elektrického 
pole,  díry  ve  směru  opačném.  Hustota  děr  a  volných  elektronů  je  v  čistém  křemíku  stejná  a 
roste  s  teplotou.  Typ  vodivosti,  který  jsme  právě  popsali,  se  nazývá  vlastní  vodivost 
polovodiče, a vyskytuje se u tzv vlastních polovodičů. 
 
Zvýšení  hustoty  zprostředkovatelů  proudu  v  polovodiči,  elektronů  a  děr,  se  dosáhne  také 
přítomností příměsí (příměs, tj. typ poruchy krystalové struktury). Projeví se pak příměsová 
vodivost.  Pokud  atomy  příměsi  mají  větší  počet  valenčních  elektronů  než  atomy  křemíku, 
hovoříme o vodivosti typu n (vodivost elektronová, Obr. 3.5.-5). Příměs, která má přebytek 
valenčních  elektronů  oproti  vlastnímu  polovodiči,  se  nazývá  donor.  Jestliže  atomy  příměsi 
mají  menší  počet  valenčních  elektronů  než  atomy  hostitelského  polovodiče,  projeví  se 
vodivost  typu  p,  pro  kterou  je  typické,  že  hustota  děr  v  látce  je  větší  než  hustota  volných 
elektronů  (vodivost  děrová,  Obr.  3.5.-6).  Příměs,  která  má  méně  valenčních  elektronů,  než 
vlastní polovodič, se nazývá akceptor. 
 
Polovodič  s  děrovou  vodivostí  se  nazývá  polovodič  typu  p,  polovodič  s  vodivostí 
elektronovou  polovodič  typu  n.  Pětimocnými  donory  jsou  například  prvky  P,  As,  Sb, 
čtyřmocnými akceptory prvky B, In, Ga, AI. 
 
Přechod p-n je hraniční oblast mezi polovodiči typu p a typu n. Aby se vyrovnala koncentrace 
děr  a  volných  elektronů  v  obou  částech,  difundují  elektrony  přes  rozhraní  z  části  typu  n  do 
části  p  a  díry  naopak.  Pozorujeme  difúzní  proud,  k  jehož  velikosti  přispívá  přechod  jak 
elektronů,  tak  děr  skrz  rozhraní.  Podle  dohody  je  orientován  od  části  p  k  části  n.  V  okolí 
přechodu  difúze  děr  a  elektronů  vyvolá  elektrické  pole  intenzity  Epn  (Obr.  3.5.-7),  které 
dosáhne  takovou  velikost,  že  zabrání  dalšímu  vyrovnávání  koncentrace  děr  a  volných 
elektronů  v  celém  polovodiči  a  nastane  rovnovážný  stav.  Mezi  oběma  částmi  polovodiče 
vzniká kontaktní napětí. 
 
Jestliže přiložíme zdroj vnějšího elektromotorického napětí tak, že jeho kladný pól přivedeme 
k  části  p  a  záporný  pól  k  části  n,  snížíme  tak  kontaktní  napětí.  Zvýší  se  proto  hodnota 
difúzního proudu. Přechod je v obvodu zapojen v propustném směru.