5 Optoelektronické prvky a senzory
5.1 Úvod

Optoelektronická zařízení a světelné senzory se vyrábí s použitím polovodičových materiálů.

Polovodičová látka má hodnotu elektrické vodivosti mezi hodnotou vodivosti kovu (např. měď) a izolátoru (např. sklo).

Elektrická vodivost polovodičového materiálu roste s teplotou, tedy opačně než v případě kovů. Si (křemík, angl. silicon) je polovodič, který se používá spíše v elektronice. Vlastní (intrinsické) polovodiče nebo polovodiče typu i jsou čisté polovodiče bez příměsí (angl. undoped). Počet nositelů náboje, elektronů a děr, je proto dán vlastnostmi materiálu. Ve vlastních polovodičích je počet excitovaných elektronů a počet děr roven:

n = p = ni (množství nositelů/cm3), hodnota ni závisí na šířce pásma polovodiče, Eg, a mění se s teplotou takto:

(016)

kde T je teplota v jednotkách K; kB je Boltzmannova konstanta: kB = 8,62·10–5 eV/K; A je konstanta.

Polovodičové součástky se vyznačují širokou škálou užitečných vlastností, jakými jsou snazší průtok proudu v jednom směru než ve směru opačném, proměnlivý (variabilní) odpor, citlivost na světlo nebo teplo. Přidáním příměsí do polovodičového krystalu se vlastní polovodič stává nevlastním, tedy takovým polovodičem, ve kterém je koncentrace jednoho typu nositelů náboje (elektronů nebo děr) mnohem vyšší. Pokud je koncentrace elektronů mnohem větší než koncentrace děr, je takový polovodič polovodičem typu n. Pokud je hustota děr větší než elektronů, jedná se o polovodič typu p.

Některé senzory a součástky popsané v této kapitole využívají princip p-n přechodu.

p-n přechod tvoří rozhraní polovodičových materiálů typu p a typu n uvnitř polovodičového krystalu. Diody jsou polovodičové součástky tvořené polovodičovým materiálem s p-n přechodem, připojeným ke dvěma elektrickým přívodům.

image
Obr. 8. Elektronický symbol diody.