V knize A. Beiser „Perspectives of Modem Physics“, jejíž překlad pod názvem „Úvod do moderní fyziky“ je předkládán českému čtenáři, je uplatněno spíše druhé hledisko (i když výklad začíná speciální teorií relativity). Zde by bylo možno se podivit disonanci, že anglické slovo „perspectives“ je přeloženo jako „úvod“. Slovo perspektiva, alespoň v češtině, nezdá se plně vystihovat skutečný obsah díla a zatímco v angličtině knih podobného obsahu jako kniha Beiserova vyšla celá řada a názvy mnohých z nich začínají slovem „Introduction“, tj. „Úvod“, v češtině takových knih máme poskrovnu, jsou-li vůbec k dispozici. Ve prospěch tohoto volnějšího překladu (jednoho slova) svědčí nakonec i autorova předmluva, v níž jsou jasně vyloženy jak jeho přístup k celé látce a jejímu výběru, tak i pojetí výkladu po stránce metodické. Z těchto Beiserových řádků je zřejmé, že jde o úvodní učebnici, nechceme-li se dovolávat přímo vlastního obsahu knihy.
2 Příměsové (nevlastní) polovodiče
Odpor polovodičů lze značně ovlivnit malým množstvím příměsí (nečistot). 8). Elektron pohybující krystalem prodělává
v průměru každých 10~8 jednu srážku ztrácí při většinu energie, kterou
získá jakéhokoli vnějšího elektrického pole. Dodat takové množství energie elektronu krystalu po
mocí elektrického pole není snadné.Pásová teorie pevných látek
energetickém pásu.5 zjednodušeným diagramem energetických pásů diamantu.3. 3s23p2 Si. 20. donorové hladiny
a příslušný materiál nazývá polovodič typu protože nositeli elektrického proudu
jsou záporné (negativní) náboje. Tyto atomy mají pět elektronů svých
vnějších slupkách, kdežto atomy křemíku mají čtyři takové elektrony. Zaveďme
několik atomů arsenu krystalu křemíku. jsou tzv.
Křemík podobnou krystalovou strukturu jako diamant stejně jako
u diamantu vrcholek zaplněného energetického pásu oddělen vyššího prázdného
pásu mezerou.
480
. Jak ukazuje obr. Při nízkých teplo
tách křemík jako vodič jen trochu lepší než diamant, ale při pokojové teplotě má
nevelká část jeho elektronů již dostatečnou kinetickou energii tepelného původu,
aby mohly přeskočit zakázaný pás dostat energetického pásu nad mezerou. Pátý elektron potřebuje jen málo energie, aby se
odtrhl mohl volně pohybovat krystalem (viz cv. 20. Křemík tak elektrický odpor velikosti mezi vodiči izolátory patří
mezi polovodiče. (Valenční
slupky mají konfiguraci 4s24p3 As, resp.6,
přítomnost arsenu jako příměsi způsobuje vznik energetických hladin uvnitř jinak
zakázaného pásu, těsně pod energetickým pásem, něhož normálně musí dostat
elektrony, aby mohla objevit nějaká vodivost.
Tyto elektrony stačí vzniku malého elektrického proudu při působení elektrického
pole.
Obr.)
K tomu, aby elektron získal dráze 10“ energii eV, zapotřebí intenzity
elektrického pole 108 V/m, což hodnota více než 10lokrát větší než intenzita
pole, která stačí vyvolání znatelného elektrického proudu sodíku. Dva
dolní energetické pásy jsou zcela zaplněné elektrony mezi vrcholkem (maximem)
hořejšího zaplněného pásu následujícím vyšším prázdným pásem mezera eV.
20. Sodík proto dobrým vodičem elektrického proudu stejně
jako ostatní krystalické pevné látky neúplně zaplněnými energetickými pásy. 20.
To znamená, elektronu diamantovém krystalu třeba dodat nejméně eV
energie, má-li jeho kinetická energie zvýšit, neboť tento elektron nemůže mít
energii zakázaném pásu. (Povahu srážek prozkoumáme později. Zakázaný pás křemíku však jen 1,1 široký.) Nahradí-li atom arsenu
křemíkový atom krystalu křemíku, jsou čtyři jeho elektrony zapojeny kovalent-
ních vazeb nejbližšími sousedy. Tato dodatečná energie formě kinetické energie pohybující
se elektrony přispívají elektrickému proudu mechanismem, kterým budeme za
bývat odst. Diamant je
tudíž velmi špatným vodičem elektrického proudu, řadí proto mezi izolátory
