Semiklasični opis prevodnikov …

Prevodnik

Pasovi v kristalu

atomska limita

Pasovi v kristalu

atomska limita

Pasovi v kristalu

atomska limita

Pasovi v kristalu

atomska limita

Pasovi v kristalu

atomska limita

lupine lupine

Pasovi v kristalu

atomska limita

lupine

Pasovi v kristalu

atomska limita

lupine

vrzelivrzeli

                                 

                         

  

atomska limita

jedro

lupina

vrzel

                                 

                         

  

atomska limita kristal

jedro

lupina

vrzel

energ. pas

                                 

                         

  

atomska limita

jedro

lupina

vrzel

valenčni

prevodni pas

                                 

                         

  

atomska limita

jedro

lupina

vrzel

valenčni

prevodni pas

                                 

                         

  

atomska limita kristal

jedro

lupina

vrzel

energ. pas

vrzeli

prevodni pas

valenčni pas

prevodni pas

Priključimo na baterijo: tok ne teče

E

Priključimo na baterijo: tok teče

E

- pot navzgor: +- pot navzdol:

"kato" - dol(i)"ano"  - gor(i)"hodos" - pot"kat-hodos" - pot dol"an-odos" - pot gor"kat-hienai" (naglas na e): poslati dol"hypo" - pod"teinein" - napenjati, nategovati, raztezati se "gramme" - črta "hypo-teinousa" (gramme) (grška izgovarjava "hipotéjnusa") - spodaj se raztezajoča (črta)

prevodni pas

- pot navzgor- pot navzdol

prevodni pas

- pot navzgor- pot navzdol

prevodni pas

- pot navzgor- pot navzdol

prevodni pas

- pot navzgor- pot navzdol

prevodni pas

- pot navzgor- pot navzdol

prevodni pas

- pot navzgor- pot navzdol

?

zapolnjen pas

- pot navzgor- pot navzdol

?

zapolnjen pas

- pot navzgor- pot navzdol

?

zapolnjen pas

- pot navzgor- pot navzdol

?

zapolnjen pas

- pot navzgor- pot navzdol

?

zapolnjen pas

- pot navzgor- pot navzdol

semi - [lat. polovičen; popoli; ...]duco - [vleči; nesti; peljati]conduco - [peljati; skupaj nesti; ...]conductor - [najemnik; zakupnik; podjetnik...]

0T 0T

zapolnjen pasvrzeli

elektroni

semi - [lat. polovičen; popoli; ...]duco - [vleči; nesti; peljati]conduco - [peljati; skupaj nesti; ...]conductor - [najemnik; zakupnik; podjetnik...]

0T 0T

zapolnjen pasvrzeli

elektroni

semi - [lat. polovičen; popoli; ...]duco - [vleči; nesti; peljati]conduco - [peljati; skupaj nesti; ...]conductor - [najemnik; zakupnik; podjetnik...]

0T 0T

0T 0T

0T 0T

prevodnik, kovina

izolator, dielektrik

polprevodnik

• V = S x.• n naj bo prostorninska gostota elektronov.• število elektronov v V je: n S x.• ustrezni naboj: e = (n S x)e.

• razdalja, ki ustreza potovanju s potovalno hitrostjo v t: x = v t.

• in e = (n S v t)e.

• Električni tok je torej: I = e/ t = env S.

Sv

e

vt

Tok in potovalna hitrost

Tok v vodniku

• V izoliranem prevodniku se elektroni gibljejo v naključnih smereh.

• Pritisnjena napetost na vodnik ustvari električno polje, ki povzroča silo na elektrone.

• Elektroni se vseeno gibljejo precej naključno.

• Na svoji poti skozi snov doživljajo trke z drugimi elektroni, jedri, ioni in izgubljajo ali pridobivajo energijo.

• Delo električnega polja nadomesti energijske izgube zaradi trkov.

• Elektroni se zato v polju v povprečju gibljejo v isto smer.

PrimerPo bakreni žici s presekom 3.00 mm2 teče tok 10 A. Gostota Cu je 8.95 g/cm3, vsak atom prispeva po en elektron. Kolikšna je potovalna hitrost v Cu?

Vemo torej:• S = 3.00.10-6 m2 • I = 10 A• = 8.95 g/cm3.• e = 1.6 x 10-19 C.• n = 6.02x1023 at./mol x 8.95 g/cm3 x ( 63.5 g/mol)-1

• n = 8.48 x 1022 / cm3.

22 3 19 6 2

10.0C/s

8.48 10 m 1.6 10 C 3.00 10 m

2.5mm/s

pot

Iv

enS

1 m dolgo žico torej elektron prepotuje v 1 uri.

Upor in Ohmov zakon

I U

I

Georg Simon Ohm(1787-1854)

U

I

V

UI

R

RI

U

Ohm

UI

R

RI

U

.pot pot

UI env S v U konst

R

Ohm

eEF ma a U v t

m

pot

e

mv a

E eE

Um

Čas med trkoma

UI

R

RI

U

.pot pot

UI env S v U konst

R

Ohm

eEF ma a U v t

m

pot

e

mv a

E eE

Um

2

mR

e n S S

konst.

Vrzeli dobimo z dopiranjem

Gostota stanj

gostota stanj

ener

gija

kemijski potencial (najvišja energija elektronov pri T=0)

Gostota stanj

gostota stanj

ener

gija

kemijski potencial

Gostota stanj

gostota stanj

ener

gija

kemijski potencial

Gostota stanj

gostota stanj

ener

gija

kemijski potencial

Gostota stanj

gostota stanj

ener

gija

donorski pasvrzel

donor0T

Gostota stanj

gostota stanj

ener

gija

donorski pasvrzel

donor0T

Uporaba: tranzistor