Polovodičové súčiastky a princíp PN prechodu

Polovodičové súčiastky sú neoddeliteľnou súčasťou modernej elektroniky. Vyznačujú sa širokou škálou užitočných vlastností, akými sú lepšie vedenie prúdu v jednom smere ako v opačnom, premenlivý odpor, citlivosť na svetlo alebo teplo. Tieto súčiastky sú založené na vlastnostiach polovodičových materiálov, ktorých vodivosť sa nachádza medzi hodnotou vodivosti kovu a izolantu.

Charakteristickou vlastnosťou polovodičov je, že sa na vedení prúdu podieľajú dva typy nosičov náboja - záporne nabité elektróny a kladne nabité diery. Elektróny v polovodičoch nie sú tak silne viazané k atómom kryštálovej mriežky ako v izolantoch. S rastúcou teplotou sa elektróny uvoľňujú a môžu prenášať elektrický prúd. Diera je prázdne miesto v mriežke po uvoľnenom elektróne a nesie kladný elementárny náboj.

Vlastné polovodiče alebo polovodiče typu I sú čisté polovodiče, v materiáli nie sú žiadne dotovacie látky (nedotované). Počet nosičov náboja, elektrónov a dier je preto daný vlastnosťami materiálu. Vo vlastnom polovodiči je rovnaký počet voľných elektrónov a dier. Vlastná vodivosť polovodičov je zapríčinená dierami a voľnými elektrónmi.

Kremík (Si) a germánium (Ge) sú typické polovodičové materiály. Oba majú štyri valenčné elektróny. Porovnanie základných vlastností kremíka a germánia je uvedené v tabuľke:

Elektrická vodivosť polovodičového materiálu rastie s teplotou, teda opačne ako v prípade kovov. Rezistivita polovodičov s rastúcou teplotou klesá (termistor). Závislosť elektrickej vodivosti polovodiča na teplote je kľúčová pre ich aplikácie.

Prímesové polovodiče

Pridaním prímesí do polovodičového kryštálu sa vlastný polovodič stáva nevlastným, teda takým polovodičom, v ktorom koncentrácia jedného typu nosičov náboja (elektrónov alebo dier) je omnoho vyššia. Tento proces sa nazýva dotovanie.

Polovodiče typu N

Ak do mriežky základného polovodiča (napr. kremíka alebo germánia zo 4. skupiny) vložíme atóm s piatimi valenčnými elektrónmi (napríklad fosfor, arzén, antimón zo 5. skupiny periodickej tabuľky), jeden elektrón zostane voľný. Tieto prímesové atómy označujeme ako donory. Vznikne tu voľný elektrón od prímesi, ktorý sa okamžite stáva vodičom elektrického prúdu. V pásovom schémate sa prítomnosť cudzieho prvku (donoru) prejaví vznikom poruchovej hladiny donoru, ktorá má malý odstup od vodivostného pásu, a elektróny z tejto hladiny ľahko prejdú do vodivostného pásu. Koncentrácia voľných elektrónov je vyššia ako koncentrácia voľných dier, prevláda elektronová vodivosť. Voľné elektróny sú označované ako väčšinové (majoritné) nosiče náboja a diery ako menšinové (minoritné) nosiče náboja.

Polovodiče typu P

Ak do mriežky základného polovodiča zo 4. skupiny vložíme prvok z 3. skupiny periodickej tabuľky (napríklad bór, hliník, indium), ktorý má o jeden valenčný elektrón menej ako základný polovodič. Tento prímesový prvok označujeme ako akceptor. Jedna zo štyroch väzieb základného polovodiča je teda neobsadená, v blízkosti cudzieho atómu je voľná diera, do nej môže prejsť uvoľnený elektrón základného polovodiča a na jeho mieste sa objaví nová voľná diera. V pásovom schémate sa prítomnosť cudzieho prvku (akceptoru) prejaví vznikom poruchovej hladiny akceptoru, ktorá má malý odstup od valenčného pásu a do nej môžu prejsť valenčné elektróny základného polovodiča. Koncentrácia voľných dier je vyššia ako koncentrácia voľných elektrónov, prevláda dierová vodivosť. Voľné diery sú označované ako väčšinové (majoritné) nosiče náboja a elektróny ako menšinové (minoritné) nosiče náboja.

PN prechod

PN prechod je oblasť v polovodiči, v ktorej sa mení typ vodivosti z P na N. Fungujúci PN prechod nemôže vzniknúť iba spojením (priložením) polovodičov typu P a typu N. PN prechod sa vytvára v jednom monokryštáli polovodiča rôznymi technologickými operáciami.

Po vytvorení PN prechodu dochádza k difúznemu pohybu majoritných nosičov náboja (dier v P-type a elektrónov v N-type) smerom k priechodu. V oblasti priechodu rekombinujú, čím vznikajú ióny a tzv. vyprázdnená oblasť, známa aj ako potenciálová bariéra. Na PN prechode pôsobí difúzne napätie, ktoré bráni ďalšiemu prechodu majoritných nosičov cez priechod. Umožňuje však prechod minoritných nosičov. Difúzne napätie sa nedá odviesť z kryštalickej mriežky, pretože je tvorené nosičmi priamo v mriežke. Vyprázdnená oblasť má vlastné elektrické pole s tzv. difúznym napätím UD, ktorého veľkosť závisí na materiáli polovodiča, na koncentrácii väčšinových a menšinových nosičov náboja a tiež na teplote (obvykle býva v ráde 10⁻¹ - 10⁻² V). Táto oblasť bráni prechodu ďalších voľných elektrónov z oblasti N do oblasti P a voľných dier z oblasti P do oblasti N.

Polarizácia PN prechodu

Samotný PN prechod je pre praktické využitie nepostačujúci. Preto sa na oblasti P a N typu nanášajú kovové vrstvičky (napríklad naparovaním), na ktoré sa pripájajú vývody. Týmto spôsobom je možné PN prechod pripojiť na vonkajšie jednosmerné napätie, čo sa nazýva polarizácia PN prechodu.

Priama polarizácia

Ak je oblasť P pripojená na kladný pól zdroja a oblasť N na záporný pól, volné elektróny v oblasti N sa pohybujú ku kladnému pólu zdroja a voľné diery v oblasti P k zápornému pólu zdroja. Pri priamej polarizácii sú majoritné nosiče odpudzované od elektród smerom k vyprázdnenej oblasti, ktorá sa postupne zmenšuje, až zanikne. Cez PN prechod prechádzajú majoritné nosiče náboja, čo umožňuje prechod prúdu.

Zámerná polarizácia

Pri inverznej polarizácii sa polarita napätia obráti (na P-typ je pripojený záporný pól zdroja a na N-typ kladný pól), čím sa potenciálová bariéra medzi P a N oblasťou zväčšuje a vyprázdnená oblasť sa rozširuje. Majoritné nosiče nemôžu prejsť cez PN prechod, a preto prúd obvodom nepreteká. Cez PN prechod prechádzajú minoritné nosiče náboja a spôsobujú veľmi malý (takmer nemerateľný) tzv. zvyškový prúd.

Polovodičové súčiastky s PN prechodom

Polovodičové súčiastky s PN prechodom tvoria základ mnohých elektronických obvodov. Medzi ne patria diódy, tranzistory a rôzne optoelektronické prvky.

Dióda

Dióda je elektrotechnická súčiastka s dvoma elektródami (anóda a katóda), ktorá sa vyznačuje odlišnou voltampérovou charakteristikou v závislosti od polarity priloženého napätia. Súčiastka s jedným prechodom PN je známa ako dióda. Polovodičová dióda sa skladá z dvoch prímesových polovodičov - polovodiča typu N (katóda) a polovodiča typu P (anóda). Po pripojení anódy na kladnejšie napätie ako je na katóde, kladie dióda malý odpor prechodu elektrickému prúdu. Pri opačnom zapojení je dióda takmer nevodivá. Prahové napätie Uₚ je napätie v priepustnom smere, pri ktorom diódou začína prechádzať prúd I_F (U_F > Uₚ). Pre kremíkové diódy sa pohybuje okolo 0,6-0,7 V.

Usmerňovacia dióda

Usmerňovacia dióda je druh polovodičovej diódy, ktorá využíva nesymetrickú vodivosť PN prechodu alebo styku kov - polovodič (Schottkyho kontakt). Usmerňovacie diódy sú určené na usmerňovanie striedavých prúdov. Vyznačujú sa zanedbateľným odporom pri prechode prúdu jednej polarity a veľkým odporom pri prechode prúdu opačnej polarity. Usměrnění lze vylepšit použitím čtyř diod v můstkovém zapojení (tzv. Graetzův můstek) a připojením vyhlazovacích kondenzátorů.

Spínacia dióda

Spínacia dióda je súhrnným názvom pre polovodičové diódy zhotovené na spínacie účely. Vyznačujú sa osobitne upravenou konštrukciou a vhodne prispôsobeným technologickým postupom, aby sa dosiahla malá kapacita PN prechodu a krátky čas života minoritných nosičov náboja. Najčastejšie sa využívajú v spínacej a impulzovej technike.

Zenerova dióda

Zenerova dióda je kremíková plošná polovodičová dióda s veľmi tenkým prechodom PN. Pri pôsobení napätia U_R v závernom smere vzniká vo vyprázdnenej oblasti veľká intenzita elektrostatického poľa, ktorá spôsobuje vytrhávanie elektrónov z väzieb kryštálovej mriežky. Pri dosiahnutí určitého napätia U_R v závernom smere nastane nedeštruktívny prieraz a prudko stúpne prúd I_R. Tento druh prierazu sa nazýva Zenerov prieraz. Napätie, pri ktorom nastáva tento prieraz, sa nazýva Zenerovo napätie U_Z. Priemyselne vyrábané Zenerove diódy sa konštruujú s ohľadom na určitú konkrétnu hodnotu Zenerovho napätia U_Z. Tieto diódy sú určené na stabilizáciu napätia alebo ako napäťový normál na získanie referenčného napätia.

Schottkyho dióda

Schottkyho dióda je polovodičová dióda, ktorá využíva usmerňovacie vlastnosti rozhrania kov - polovodič (Schottkyho bariéry). V porovnaní s bežnými polovodičovými diódami sa Schottkyho diódy porovnateľných rozmerov vyznačujú kratším časom zotavenia v spätnom smere a menším úbytkom napätia v priamom smere. Schottkyho diódy majú veľmi dobré dynamické a statické vlastnosti. Používajú sa ako detektory, ako spínacie diódy, tiež na usmerňovanie a pod. Ďalej sa využívajú v integrovaných obvodoch na zvýšenie spínacej rýchlosti tranzistorov a v optoelektronike. Vedenia prúdu sa v Schottkyho dióde zúčastňujú len majoritné nosiče a pri difúzii sa na okrajoch hradlovej vrstvy nekumulujú minoritné nosiče, preto je čas medzi vznikom a zánikom hradlovej vrstvy značne menší.

Tunelová dióda (Esakiho dióda)

Tunelová dióda je polovodičová dióda, ktorá sa vyrába zo silne dotovaného germánia alebo arzenidu gália. Pri spätnom zapojení sa chová ako lineárny rezistor s malým odporom. Oblasť VA charakteristiky so záporným dynamickým odporom vzniká vplyvom tunelového javu. Tunelové diódy sa používajú v oscilátoroch a zosilňovačoch až do veľmi vysokých frekvencií (f = 10GHz).

Varikap (kapacitná dióda)

Varikap je špeciálna polovodičová dióda slúžiaca ako napätím riadený kondenzátor. Šírka prechodu PN (hradlovej vrstvy) je v závernom smere závislá na napätí. S rastúcim napätím sa hradlová vrstva rozširuje, zatiaľ čo kapacita prechodu klesá. Varikapy sa používajú v ladených obvodoch a iných obvodoch vyžadujúcich premennú kapacitu.

Tranzistor

Tranzistory sú polovodičové súčiastky, ktoré využívajú vlastnosti PN prechodu na zosilňovanie alebo spínanie elektronického signálu. Z hľadiska princípu činnosti možno tranzistory rozdeliť do dvoch základných skupín: bipolárne a unipolárne (poľom riadené).

Bipolárne tranzistory

Bipolárny tranzistor je polovodičová súčiastka, ktorá v podstate predstavuje antisériovú kombináciu dvoch prechodov PN, ktoré sú v jednom monokryštáli usporiadané tak, že jedna z oblastí je spoločná pre obidva prechody. Táto spoločná oblasť sa nazýva báza (B). Ďalšie dve oblasti majú opačný typ vodivosti ako báza a nazývajú sa emitor (E) a kolektor (C). Emitor má podstatne väčšiu koncentráciu prímesí ako kolektor. Bipolárny tranzistor je trojvrstvová štruktúra s dvoma PN prechodmi. Bipolárne tranzistory využívajú dva nosiče náboja (elektróny a diery). Tranzistor pracuje len vtedy, ak sú PN prechody správne polarizované.

Unipolárne tranzistory (FET)

Unipolárne tranzistory, známe aj ako tranzistory riadené poľom (FET), sa od bipolárnych líšia tým, že nemajú dva PN prechody a využívajú len jeden druh nosičov náboja (buď elektróny alebo diery). Prúd tranzistorom sa ovláda vonkajším napätím. V unipolárnom tranzistore vytvára prúd len jeden typ nosičov náboja - elektróny alebo diery.

Fotoelektrické súčiastky

Fotoelektrické súčiastky využívajú fotoelektrický jav, teda premenu svetelnej energie na elektrickú energiu. Fotóny dopadlé na polovodič predávajú svoju energiu elektrónom a tie sa môžu uvoľniť (pokiaľ je predaná energia aspoň rovná energii zakázaného pásu).

Fotodióda

Fotodióda je druh polovodičovej diódy, v ktorej pohlcované svetelné žiarenie vyvoláva zmenu jej elektrických vlastností. Pôsobením dopadajúceho žiarenia vznikajú v polovodiči dvojice elektrón - diera. Na svorkách vzniká pôsobením žiarenia fotoelektromotorické napätie a dopadajúce žiarenie ovplyvňuje odpor PN prechodu v spätnom smere. Fotodióda je polovodičová súčiastka, ktorá je usporiadaná tak, aby na PN prechod mohlo dopadať svetlo.

Fotodióda môže pracovať v dvoch režimoch:

• Odporový režim: Využíva vlastnosti PN prechodu polarizovaného v spätnom smere. Záverný prúd I_R sa mení v závislosti od intenzity osvetlenia. Fotodióda sa správa ako odpor ovládaný osvetlením.
• Hradlový režim: Priama premena svetelnej energie na elektrickú energiu. Fotodióda sa správa ako zdroj jednosmerného napätia, ktorého hodnota závisí od intenzity osvetlenia. Hradlové fotodiódy sa využívajú na konštrukciu kremíkových slnečných batérií (premena žiarivej - svetelnej energie na elektrickú).

Využitie fotodiód je široké, napríklad v meracej a regulačnej technike, ako detektory modulovaného svetla a v solárnych článkoch. Prvý solárny článok vytvoril v roku 1883 americký vynálezca Charles Fritts. V súčasnej dobe sa solárne články vyrábajú buď z kremíka (polykrystalického, monokrystalického i amorfného), alebo z rôznych kombinácií materiálov (Cu, In, Ga, Se označované ako CIS štruktúry).

Svetelná dióda (LED)

Svetelná dióda (LED) nie je prijímačom svetla, ale jeho zdrojom. Je to elektronická polovodičová súčiastka, ktorá obsahuje P-N prechod. Svietiaci jav vzniká následkom žiarivej rekombinácie elektrónovo-dierového páru a je formou elektroluminiscencie. LED dióda vyžaruje svetlo práve vďaka P-N prechodu, ktorým prechádza elektrický prúd. Oficiálny slovenský názov znie elektroluminiscenčná dióda.

LED diódy sú väčšinou vybavené tzv. optickým prvkom pre lepší rozptyl svetla. Jedná sa o guľové vrchlíky z epoxidovej živice, ktorá má tri hlavné funkcie:

• Dovoľuje priechod maximálnemu množstvo svetla.
• Upravuje uhol, pod ktorým sa svetlo šíri.
• Chráni LED pred vplyvmi okolia.

Vďaka zapuzdreniu je LED dióda takmer nezničiteľná a neobsahuje žiadne voľne pohyblivé časti. O farbe vyžarovaného svetla rozhoduje chemické zloženie LED polovodiča. LED sa tradične používajú najmä ako indikátory a ako zobrazovacie prvky v segmentových zobrazovačoch a bodových maticových zobrazovačoch. V poslednom čase s nástupom vysokosvietivých LED sa začalo ich využívanie na osvetľovacie účely a v dopravnej svetelnej signalizácii.

Polovodičové súčiastky bez PN prechodu

Hoci PN prechod je základným stavebným prvkom mnohých polovodičových súčiastok, existujú aj také, ktoré ho nevyužívajú. Medzi ne patria napríklad termistory, magnetorezistory a Hallove články.

Termistor

Termistor je polovodičová súčiastka bez PN prechodu, vyrobená z polykryštalického materiálu, ktorého odpor závisí od teploty. Poznámame dva typy:

• NTC (Negative Temperature Coefficient): Odpor klesá so zvyšujúcou sa teplotou.
• PTC (Positive Temperature Coefficient): Odpor rastie so zvyšujúcou sa teplotou.

Využitie termistorov zahŕňa počítanie predmetov na dopravníkoch a meranie otáčok motora.

Magnetorezistor

Magnetorezistor je dvojpólová súčiastka, ktorej odpor závisí od indukcie magnetického poľa. Ak sa nezmení magnetická indukcia, nezmení sa ani odpor.

Hallov článok

Princíp Hallovho článku je založený na Hallovom jave - vznik priečneho (tzv. Hallovho) napätia na polovodičovej doštičke, ktorou prechádza jednosmerný prúd a ktorá je vložená do magnetického poľa. Objavil ho v roku 1879 americký fyzik Edwin Hall. Tenká polovodičová doštička typu P je vložená do magnetického poľa a zároveň pripojená na zdroj jednosmerného napätia. Indukcia magnetického poľa B je kolmá na vektor intenzity elektrického poľa E. Väčšinové diery v polovodiči sa začnú pohybovať v smere vektora E. V magnetickom poli na ne ale pôsobí magnetická sila (Lorentzova sila) F_m, ktorej vplyvom sa diery vychylujú z pôvodného smeru a začínajú sa hromadiť pri jednej bočnej strane doštičky. Tým tam vzniká prebytok kladného náboja a na druhej bočnej strane prebytok záporného náboja. Medzi oboma bočnými koncami teda dochádza ku vzniku priečneho Hallovho napätia.

Hallovho javu sa využíva v praxi napr. pre bezkontaktné meranie magnetickej indukcie a elektrického prúdu (Hallove sondy). Princíp merania prúdu pomocou Hallovej sondy je znázornený na obrázku. Vodičom preteká meraný prúd I_mer. Ak ho chceme zmerať, obopneme vodič kliešťami, ktoré tvoria magnetický obvod zložený z dvoch častí - magneticky mäkkého materiálu a vzduchovej medzery. Vo vzduchovej medzere je umiestnená Hallova sonda, ktorou prechádza jednosmerný riadiaci prúd. Prúd vo vodiči indukuje magnetické pole s indukciou B a magnetický tok prechádza aj Hallovou sondou. Vďaka Hallovmu javu vzniká Hallovo napätie, ktoré je úmerné meranému prúdu. Hallovo napätie sa zosilňuje a prevádza na výstupné napätie U_out. Hallove sondy sa ďalej môžu použiť pre matematické operácie, kde Hallova sonda slúži na násobenie a pod.

Seebeckov jav

Seebeckov jav - vznik termoelektrického napätia v obvode zloženom z dvoch polovodičov, ktorých spoje sa nachádzajú na rôznych teplotách. Medzi dvoma rôznymi polovodičmi, ktoré sú spojené na jednom konci a na druhom konci rozpojené, vzniká napätie, pokiaľ majú oba konce rozdielnu teplotu. Využíva sa napríklad v termočlánkoch na meranie teploty.

Peltierov jav

Peltierov jav - vznik alebo zánik tepla na styku dvoch polovodičov pri prechode elektrického prúdu. Tento jav sa využíva v tzv. Peltierových článkoch, ktoré sa používajú napr. na chladenie alebo ohrievanie malých priestorov.

Výroba polovodičových materiálov

Výroba polovodičových súčiastok si vyžaduje mimoriadne čisté materiály a presné technologické postupy. Hlavnými polovodičovými materiálmi sú kremík a germánium.

Výroba kremíka

Kremík sa vyskytuje v zemskej kôre veľmi hojne. Je dokonca druhým najrozšírenejším prvkom na Zemi. Najčastejšie sa vyskytuje vo forme oxidu kremičitého a ďalších kremičitanov. Je súčasťou väčšiny hornín a minerálov. Kryštalický kremík má za normálnej teploty modrosivú farbu kovového vzhľadu. Na vzduchu je stály, málo reaktívny, je nerozpustný v kyselinách, ale ľahko sa rozpúšťa v zásadách. Pri vyšších teplotách naopak v rozpustenom stave veľmi dobre reaguje s radom látok.

Výroba čistého kremíka zahŕňa niekoľko fáz:

1. Redukcia kremena: Výchoziou surovinou je kremeň - SiO₂. Redukcia kremena pomocou uhlíka (koks, drevené uhlie) v elektrickej oblúkovej peci, vznikne tzv. metalurgický kremík s čistotou okolo 98-99 %.
2. Čistenie trichlorsilánu: Ďalej sa vykonáva čistenie trichlorsilánu rektifikáciou (čiastočná destilácia). Tento rozklad sa vykonáva v oceľových vodou chladených reaktoroch (depozičných zariadeniach), v ktorých sú umiestnené kremíkové tyčky s priemerom niekoľkých milimetrov, tzv. čisté kremíkové jadrá.
3. Rast polykrystalického kremíka: Kremíkové tyčky sú prechodom elektrického prúdu vyhrievané na teplotu reakcie. Do reaktora sa privádzajú pary trichlorsilánu v nadbytku vodíka. Vznikajúci kremík sa usadzuje priamo na jadrách, pretože len jadrá majú teplotu reakcie. Okolo jadra tak narastá valcový ingot polykrystalického kremíka.
4. Mikrolegovanie: Pri príprave vysoko čistého polykrystalického kremíka z trichlorsilánu je možné zároveň vykonávať mikrolegovanie polykrystalického kremíka zvolenou aktívnou prímesou na požadovanú úroveň. Toto legovanie sa vykonáva obvykle bórom, alebo fosforom zavádzaním určitého malého množstva diboránu (B₂H₆ - plyn), resp. fosfínu (PH₃ - plyn) do reakčnej zmesi bezprostredne pred rozkladom. Takto pripravené mikrolegované tyče polykrystalického kremíka slúžia priamo pre prípravu monokryštálov s požadovanou koncentráciou uvedených prímesí.

Čistota polykrystalického kremíka získaného popísanou metódou je natoľko vysoká, že pre prakticky naprostú väčšinu aplikácií v polovodičovom mikroelektronickom priemysle sa už ďalej nečistí fyzikálnymi metódami (napr. zonálnym tavením), ale priamo sa spracováva na monokryštály potrebných parametrov. Nakoniec je potrebné polykrystalický kremík previesť do monokrystalickej podoby.

Výroba monokryštálov

Metódy výroby monokryštálu môžeme deliť na kelímkové a bezkelímkové. Pre polovodiče sa využívajú najčastejšie dve techniky, a to Czochralskiho metóda (kelímková metóda) a zonálne tavenie (bezkelímková metóda).

Czochralskiho metóda

Princíp metódy spočíva v tom, že sa do taveniny v kelímku ponorí zárodočný kryštál, ten sa čiastočne nataví, načo sa pomalou rýchlosťou vyťahuje z taveniny. Rozloženie teploty v priečnom priereze kryštálu musí byť symetrické vzhľadom k osi kryštálu, čomu napomáha buď rotácia zárodku, alebo rotácia kelímku s taveninou, prípadne oboch. Kelímok s taveninou je umiestnený v uzavretom priestore pece vo vákuu, dusíku, alebo v netečnej atmosfére pre zamedzenie oxidácie taveniny. Ako zdroje tepla sa používa odporový, alebo indukčný ohrev. Bežne používané rýchlosti ťahania bývajú v rozmedzí 10⁻⁴ až 10⁻³ cm za sekundu. Teplota taveniny v kelímku má byť udržiavaná na predpísanej hodnote tesne nad teplotou tavenia daného materiálu s pomerne veľkou presnosťou ±1 K. Touto kryštalizačnou metódou možno z taveniny získať monokryštály kremíka veľkých rozmerov (až priemeru 300 mm, dĺžky až 2 m).

Zonálne tavenie

Metóda zonálneho tavenia je bezkelímková metóda, ktorá sa používa pre ešte vyššiu čistotu materiálu. Spočíva v tom, že sa na tyči polovodiča vytvorí úzka roztavená zóna, ktorá sa pomaly posúva pozdĺž tyče. Nečistoty sa sústreďujú v roztavenej zóne a sú takto prenesené na koniec tyče, kde sa odstránia.

Výroba germánia

Germánium sa na rozdiel od kremíka vyskytuje v prírode veľmi málo, je obsiahnuté v niektorých nerostoch (germanit, argyrit), ako prímes v rudách zinku a striebra a v stopovom množstve v niektorých druhoch uhlia. Kryštalické germánium je strieborne lesklé so slabým žltozeleným zafarbením. Za normálnej teploty je germánium na vzduchu stále, pri vyšších teplotách nad 500 °C sa ľahko zlučuje s kyslíkom, s vodíkom a dusíkom nereaguje ani v roztavenom stave. Vodík sa však v roztavenom germániu pomerne ľahko rozpúšťa. Podobne nereaguje v roztavenom stave ani s uhlíkom, takže pre tavenie germánia je možno použiť grafitových nádob.

Ako suroviny sa využíva popolček uhlia s obsahom germánia alebo priamo rudy s vyšším obsahom germánia. Výchozie suroviny sa podrobujú chlorácii (pôsobenie chlóru alebo chlorovodíka) a germánium sa prevedie na chlorid germáničitý GeCl₄, čo je kvapalina s teplotou varu 84 ºC. Surový chlorid germáničitý sa čistí rektifikáciou (mnohonásobnou čiastočnou destiláciou).

tags: #polovodicove #suciastky #bez #prechodu #pn