Základem veškeré digitální techniky je schopnost ovládat tok elektronů. K tomu využíváme polovodiče (nejčastěji křemík), které díky procesu zvanému dopování a vytvoření P-N přechodu umožňují vznik základních součástek, jako jsou diody a tranzistory.
Polovodiče (např. křemík – Si, germanium – Ge) mají ve své krystalové mřížce čtyři valenční elektrony. V čistém stavu za nízkých teplot se chovají jako izolanty. Abychom je mohli využít v elektronice, musíme jejich vlastnosti změnit přidáním malého množství příměsí (jiných prvků). Tento proces se nazývá dopování.
Do křemíku se přidá prvek s pěti valenčními elektrony (např. fosfor). Čtyři elektrony se zapojí do vazby a pátý zůstane volný.
Do křemíku se přidá prvek se třemi valenčními elektrony (např. bór). Chybějící elektron vytvoří prázdné místo, kterému říkáme díra.
—
Když spojíme polovodič typu P a typu N, vznikne na jejich rozhraní P-N přechod. V tomto bodě se začnou dít zásadní fyzikální procesy:
—
P-N přechod funguje jako jednosměrný ventil pro elektrický proud.
Kladný pól zdroje připojíme k typu P, záporný k typu N. Elektrické pole zdroje „tlačí“ nosiče náboje proti sobě, oblast bez náboje se zmenší a proud začne protékat.
Kladný pól připojíme k typu N, záporný k typu P. Nosiče náboje jsou od rozhraní odtahovány, oblast bez náboje se zvětšuje a proud neprotéká.
—
Schopnost P-N přechodu propouštět proud pouze jedním směrem vedla k revolučním vynálezům:
—
S narůstající miniaturizací naráží klasický křemík na své limity (přehřívání, kvantové jevy). Věda se proto zaměřuje na nové materiály:
Související články:
Tagy: hw physics semiconductors electronics silicon p-n-junction