Ledere, halvledere og isolatorer | Drøfteoppgave

Innholdsfortegnelse
Energinivåer hos faste stoffer
Ledere, halvledere og isolatorer
Isolatorer
Halvledere
Leder
Temperatur og resistans
Isolatorer og halvledere
Leder
Strøm i halvledere

Utdrag
Isolatorer og halvledere: Her er det et energigap mellom valens- og ledningsbåndet. Vi kan eksitere elektroner til ledningsbåndet ved å tilføre elektronene termisk energi.

Når temperaturen øker, vil stadig flere elektroner ha høy nok energi til å bli eksitert.

Antallet ledningselektroner øker når temperaturen øker, og dermed avtar resistansen.

Leder: Her overlapper valens- og ledningsbåndet, og den termiske energien til elektronene har derfor liten betydning.

Men atomene i lederen har også termisk energi. Når temperaturen øker, kommer atomene til å vibrere kraftigere om likevektsstillingen.

Det fører til at det blir flere kollisjoner mellom de frie ledningselektronene og atomene i lederen.

Derfor blir det vanskeligere for elektronene å passere gjennom lederen. Resistansen i en leder øker derfor når temperaturen øker.

En enkel sammenlikning er at det er vanskeligere for en hund å løpe gjennom en urolig folkemengde enn å løpe gjennom en tropp soldater som står oppstilt på geledd.

Strøm i halvledere: I en ren halvleder har vi to typer ladningsbærere: frie elektroner og positive hull.

Bruker Silisium som eksempel. Har fire valenselektroner, slik at det dannes en krystallstruktur der hvert atom er bundet til fire andre atomer.

Energigapet mellom valens- og ledningsbåndet er 1,1 eV. Ved romtemperatur vil en liten del av valenselektronene ha nok energi til å bli eksitert til ledningsbåndet.

Hvis vi kobler til en spenningskilde, begynner ledningselektronene å bevege seg, og det går en strøm gjennom halvlederen.

Elektronene har negativ ladning og beveger seg derfor i motsatt retning av strømretningen. Vi sier at elektronet er en negativ ladningsbærer.

Når et valenselektron eksiteres til ledningsbåndet og begynner å bevege seg rundt i halvlederen, blir atomet som elektronet forlater stående igjen med netto positiv ladning.

Atomet har nemlig fått færre elektroner enn protoner. Men atomet kan stjele et valenselektron fra et naboatom.

Dermed er det naboatomet som får den positive ladningen i stedet. Denne prosessen kan så gjenta seg, slik at det stadig er nye atomer som får den positive ladningen.