Halfgeleiders[1]. - Tine

HALFGELEIDERS
INLEIDING
Isolator: geen vrije elektronen, elektronen vast aan schil, elektronen gebonden aan de kern 
ondanks potentiaalverschil, geen verplaatsing van elektronen  geen stroom
Geleider: vrije elektronen op buitenste schil elektronen van 1 atoom naar andere  geleiding
Geleiding: - verplaatsing van ladingsdragers ( elektronen)
- drijfveer voor elektronen om te verplaatsen ( van A naar B verplaatsen) want
potentiaalverschil
Halfgeleider: 4 valentie elektronen op buitenste, nog niet gevulde schil
(bv. Silicium (siliciumdioxide: in zand) & germanium)
 Niet gemakkelijk af te staan, dus atoombinding
Kubisch rooster:
INTRINSIEKE HALFGELEIDER
Intrinsieke halgeleider:
Atoombinding, covalente binding: elektronen van de buitenste schil worden gemeenschappelijk
gebruikt
 Geen vrije elektronen  normaal geen goede geleider, maar halfgeleider geleidt wel
 Halfgeleider (intrinsiek/ extrinsiek) moet thermische energie krijgen om elektron vrij te
maken van de atomen  geleidingselektron  (hoe meer elektronen worden
losgemaakt, hoe beter de geleiding)  bij stijgende temperatuur vermindert de
weerstand van de halfgeleider
 Elektron los uit rooster  ion met een elektron te weinig want elektron is ontsnapt door
de hoge temperatuur + werken als geleidingselektron(= positief geladen ion = positief
gat/holte/leemte)  eerst octetstructuur, nu niet meer  elektron pikken van buur 
buur pikt van andere buur ….
Lijkt alsof de positieve lading zich verplaatst, maar eigenlijk negatieve lading. De holte
verplaatst zich.
Spanning op zetten:
 intrinsieke halfgeleiding door e- en holten
Linkerkant is aangesloten op positieve pool => vrij elektron in halfgeleider wil naar
positieve kant  holten verplaatsen zich schijnbaar naar rechts
 Bij gewone geleider: indien temperatuur stijgt, verhoogt de weerstand (temperatuur van
een stof stijgt -> kernen gaan sneller bewegen, trillen -> moeilijker voor de elektronen
om door te geraken -> weerstand verhoogt) ;
 Grote geleidbaarheid, kleine weerstand
Geleidbaarheid: G in siemens (S)
G=1/R
EXTRINSIEKE HALFGELEIDER
Extrinsieke halfgeleider
Zelfde kenmerken als intrinsieke halfgeleider, maar meer
Twee types van extrinsieke halfgeleiders
Gemeenschappelijk: doteren (= vreemde atomen aan rooster toevoegen)
Intrinsieke halfgeleider + vreemd atoom = extrinsieke halfgeleider (=doteren= toevoegen van
vreemd atoom).
1. 1e type = N-type:
 5-waardig onzuiverheid: 5 elektronen op buitenste schil
 In intrinsieke halfgeleider (groep IVa): 4 elektronen op buitenste schil -> 4 covalente
bindingen met buren
 Intrinsieke halfgeleider: onzuiverheid van groep 5
Va: 4 elektronen voor bindingen met buren 
kubisch kristalrooster van intrinsieke halfgeleider
 Onzuiverheid toevoegen = doneren 
5e elektron voor de geleiding =
geleidingselektron
 Er zijn 5 elektronen, waarvan er 4 zich gaan binden en het 5e dient als geleidingselektron.
Hoe meer onzuiverheden, hoe beter de geleiding
 geleiding intrinsieke halfgeleider + geleidingselektron
 intrinsieke halfgeleider + vreemd atoom  5 elektron, waarvan 4 voor bindingen en 1 voor extra
geleiding

N = negatieve donor, de beweeglijke ladingsdragers zijn negatief
MAAR allemaal neutrale atomen  elektrisch neutraal
2. 2e type = P-type




3 waardige onzuiverheid (bv. Indium, boor,..)
Toevoegen aan kristalrooster = acceptor:
3 bindingen aangaan  1 plaats over  stelen van
buur  holte ontstaat : holte is positief geladen 
holte lijkt zich te verplaatsen (pikken van buur:
nieuwe holte, pikken van buur: nieuwe holte…)
P = holte is positief, maar geheel elektrisch neutraal
JUNCTIEDIODE
Junctiediode: halfgeleiderdiode
1. P-type en N-type halgeleiders in contact brengen
2. N-type heeft elektronen afgeven aan P-type (=diffusie): N-type wordt elektrisch positief en Ptype wordt elektrisch negatief  elektrisch veld  diffusie wordt steeds meer verhinderd
want elektronen kunnen niet meer door want elektrisch veld wordt steeds groter
( elektrisch veld en diffusiespanning )
Diffusie: hoe langer de diffusie duurt, hoe meer negatiever het P-type wordt en hoe
positiever het N-type wordt  elektrisch veld
Elektronen diffunderen van N-type naar P-type  P-type wordt hoe langer hoe
negatiever, maar al een negatieve zone  afstoten diffusiespanning  evenwicht
tussen elektrisch veld en diffusiespanning
Hoe gedraagt een junctiediode zich in een stroomkring?
1. Aansluiting in de sperzin
N-type (positief) aansluiten op positieve pool spanningsbron
P-type (negatief) aansluiten op negatieve pool spanningsbron.
Elektronen van de –pool van de spanningsbron die naar de diode willen gaan, kunnen niet zo goed,
want worden gestuurd naar de p kant, die al negatief is.
 geen stroomdoorgang
2. Aansluiting in doorlaatzin
N-type (positief) aansluiten op de - pool
P-type (negatief) aansluiten op de + pool
elektronen gaan vanuit –pool naar het N-type, + pool onttrekt vrije elektronen van P-type
3. Besluit
 In doorlaatzin gedraagt een junctiediode zich als een weerstand met een zeer lage waarde
 In sperzin gedraagt het zich als een weerstand met een hoge waarde
De typische stroom-spanningskarakteristiek van een junctiediode
1. De diode is in doorlaat gepolariseerd (gesloten schakelaar)  stroom te groot laten worden 
vermogen wordt overschreden (beveiligen met weerstand)
 werkgebied diode
2. De diode is nog in doorlaat gepolariseerd  niet genoeg stroom voor geleiding
 diode gedraagt zich als zuivere weerstand  stroom lineair met spanning
3. De diode is in sperzin gepolariseerd (open schakelaar)  stroom van minderheidsladingsdragers
 zeer kleine stroom afhankelijk van de tempertatuur
4. De diode slaat door bij grote spanning in sperzin  inverse stroom neemt sterk toe
 kan worden gebruikt om spanning te stabiliseren
LED (= light emitting diode)
halfgeleidercomponent die licht uitzendt als er een elektrische stroom in de doorlaatzin doorheen
wordt gestuurd.
Duurzaam en lang meegaat
Bijna geen energieverlies, want bijna geen warmteverlies
 gaan gloei- en spaarlamp vervangen
http://users.skynet.be/autogitbo/cursussen/Elektronica/halfgeleiders/Halfgeleiders.pdf
http://nl.wikipedia.org/wiki/Halfgeleider_%28elektronica%29#Dotering_van_halfgeleiders
http://www.google.be/#hl=nl&rlz=1R2ADRA_nlBE458&sclient=psyab&q=extrensieke+halfgeleiders+n-type&oq=extrensieke+halfgeleiders+ntype&aq=f&aqi=&aql=&gs_nf=1&gs_l=serp.3...3140.8078.0.8406.8.8.0.0.0.0.219.1330.1j3j4.8.0.VL5_
Po3p5G4&pbx=1&bav=on.2,or.r_gc.r_pw.r_qf.,cf.osb&fp=b6aecf29b14dce72 (1e ppt)
fysica5.classy.be/.../Geleiding%20van%20vaste%20stoffen.ppt