1. Mivel foglalkozik az anyagtudomány? Bevezető

    Általánosságban anyagtudománynak nevezzük azt a területet, amely

    • különböző igények szerinti anyagok tervezésével,
    • előállítási technológiájának kidolgozásával foglalkozik,
    • vizsgálja, hogy az atomfizika és a kvantummechanika törvényei hogyan érvényesülnek különböző molekuláris kötésekben, szilárd anyagok kristályszerkezeteiben.

    A természetben az anyagok nem atomos állapotban fordulnak elő, hanem halmazokat alkotnak. A halmazban a részecskék között különböző jellegű kötések alakulnak ki. A kötések létrejötte egy alacsonyabb energiát jelent az anyag számára, mintha az atomos állapotban létezne. A továbbiakban a részecskék között kialakuló kötések jellegét tanulmányozzuk.

  2. A kémiai kötések

    A kémiai kötéseknek két nagy csoportja van:

    1. Elsőrendű kémiai kötés
      Ide tartozik:
      1. Ionos kötés,
      2. kovalens kötés,
      3. fémes kötés.
    2. Másodrendű kémiai kötés. Ezeket más néven van der Waals-kötéseknek is nevezzük.
      Ide tartozik:
      1. diszperziós kötés
      2. dipól-dipól kötés
      3. hidrogén-kötés.

    Nézzük részletesebben ezeket a kémiai kötéseket!

    1. Elsőrendű kémiai kötések

       Az elsőrendű kémiai kötések kötési energiája 1eV-5eV lehet.

      1. Ionkötés

        Ionkötés kis és nagy elektronegativitású atomok halmazai közötti kölcsönhatáskor alakul ki.  Legismertebb ionkötésű vegyület a konyhasó, kémiai nevén nátrium-klorid.

        Nátrium-atom

        • 3s atompályáján egyetlen elektron van.
        • Ez az elektron egy nem lezárt héjon helyezkedik el, ezért az atommagtól viszonylag távol van, és laza szerkezetű.
        • Ha a nátrium ezt az elektront leadja, akkor szerkezete a 10-es rendszámú neonéhoz hasonlóvá válik.

        Klór-atom

        • A 3p atompályáján csak 5 elektron van.
        • Még egy elektronra lenne szüksége, hogy a szerkezete a 18-as rendszámú argonéhoz hasonlóvá váljon.

        Ha ez a két atom egymás közelébe kerül, akkor a nátrium-atom azáltal stabilizálódik, hogy leadja az elektronján, a klór pedig akkor kerül alacsonyabb energetikai állapotba, ha ezt felveszi.

        Na − e− → Na+
        Cl − e− → Cl−

        Az így kialakuló ellentétes töltésű ionok között fellépő elektromos vonzóerő tartja össze ionrácsos anyagok kristályrácsát.
      2. Kovalens kötés

        Kovalens kötésről akkor beszélünk, ha két atomtörzset közös elektronfelhő kapcsol össze.
        A legegyszerűbb példa a kovalens kötésre a hidrogénmolekula, amely két protonból és két elektronból áll.

        • Ha két hidrogénatom közeledik egymás felé, akkor a kölcsönhatás következtében a négy elemi részecskéből kialakul az atomnál stabilabb állapot.
        • Ebben az állapotban mindkét elektron ugyanabban a térfogatban található. Ez csak úgy valósulhat meg, hogy a két elektron spinkvantumszáma különböző. Tehát a molekula képződésére is igaznak kell lenni a Pauli-elvnek.
        • Mindkét elektron mindkét atommagot körbefogja.
        • A két atommag közötti térrészben a legnagyobb az elektronfelhő sűrűsége.

        Általánosan:

        • Molekula képződésekor az atomok legkülső elektronhéján lévő valamennyi elektron molekulapályára kerül.
        • A molekulapályák energiája mindig alacsonyabb, mint az atompályák energiája.
        • A molekulapályákra került elektronok közül annyi létesít kovalens kötést, amennyire az atomoknak szükségük van a nemesgázszerű szerkezet kialakításához.
        • A többi molekulapályára kerülő elektron úgynevezett nemkötő molekulapályán fog elhelyezkedni.
        • Ha a kovalens kötés elektronfelhője két azonos elektronegativitású atomtörzset köt össze, akkor a kovalens kötés szimmetrikus elrendezésű. Ilyenkor apoláris kovalens kötésről beszélünk.
        • Ha a közös elektronpár két különböző elektronegativitású atomtörzset kapcsol össze, akkor az elektronfelhő nem lesz szimmetrikus. A nagyobb elektronegativitású atom jobban vonzza a kovalens kötésben lévő közös elektronokat. Ilyenkor pólussal rendelkező, poláris kovalens kötés alakul ki.
      3. Fémes kötés

         

        • Fémes kötés a kis elektronegativitású atomok halmazából alakul ki.
        • Az atomok a legkülső elektronhéjon lévő, lazán kötött elektronjaikat leadják.
        • Így pozitív töltésű fémionok keletkeznek, amelyek szerkezete hasonlít nemesgázokéhoz.
        • A leszakadó elektronok kollektív, delokalizált elektronfelhőként fogják körbe a fémionokat.
    2. Másodrendű kémiai kötések
      A másodrendű kémiai kötések molekulák, illetve nemesgáz atomok között alakul ki. Kötési energiájuk nem éri el a 0,5 eV-ot.
      1. Diszperziós kötés
        • A diszperziós kölcsönhatás az apoláris molekulák között kialakuló nagyon gyenge másodrendű kötés.
        • Az apoláris molekulák időbeli átlagban elektromosan semlegesek.
        • Az atommagok mozgása miatt nagyon rövid időre kicsi töltések alakulnak ki.
        • Ez az időleges töltéseltolódás hatással van a szomszédos molekulákra is, azokban is töltéseltolódást idéz elő. 
        • A kicsi töltések között csak nagyon gyenge elektromos kölcsönhatás léphet fel.
        • Minél nagyobb a molekula mérete, annál nagyobb az elektronfelhő. Így az elektronfelhő torzulásából adódó töltés is egyre nagyobb lesz. Tehát a nagyobb molekulák között nagyobb diszperziós kölcsönhatás lép fel.
      2. Dipól-dipól kötés
        • A dipól-dipól kötés poláris molekulák között kialakuló van der Waals-kötés.
        • Amikor poláris molekulák kerülnek egymás közelébe, az állandóan meglévő ellentétes pólusaikkal vonzó hatást gyakorolnak egymásra.
        • Ez a kölcsönhatás erősebb a diszperziós kötésnél, de kötési energiája messze elmarad az elsőrendű kötések energiájától.
      3. Hidrogénkötés
        • A hidrogénkötés kialakulásának a feltétele, hogy a molekulában a hidrogénatom egy nagy eletronegativitású atomhoz kapcsolódjon kovalens kötéssel. A legnagyobb elektronegativitású atomok a fluor, az oxigén és a nitrogén.
        • Így erősen poláris molekulák jönnek létre, ahol a molekula pozitív pólusa a hidrogénnél van, a negatív pólus pedig a nagy elektronegativitású atomnál.
        • A molekulák között a hidrogénkötés úgy jön létre, hogy az egyik molekula hidrogén atomja vonzóerőt gyakorol a másik molekula nagy elektronegativitású atomjának nemkötő elektronpárjára.
        • A hidrogénkötés a legerősebb másodrendű kötés. Ennek köszönhető, hogy a víz a kis moláris tömege ellenére is folyékony halmazállapotú.
  3. A szilárd anyagok szerkezete

    A szilárd anyagoknak kettő nagy csoportja van:

    Amorf anyagok

    • Ezek olyan szilárd anyagok, amelyekben a részecskék rendezetlenül helyezkednek el. Ez azt jelenti, hogy a részecskék között a kötéstávolság nem állandó.
    • Ebből az is következik, hogy az amorf anyagoknak nincs meghatározott olvadáspontjuk.
    • Amorf anyag pl. a vaj, üveg, kátrány.

    Kristályos szilárd anyag

    • A kristályos szilárd anyag belső szerkezetére a rendezettség a jellemző.
    • Elemi cellának nevezzük a kristályos szilárd anyagban azt a legkisebb egységet, amely a tér mindhárom irányába ismétlődik.
      Néhány elemi cella:
      • térközepes kockarács,
      • lapközepes kockarács,
      • hatszöges szoros illeszkedésű rács,
      • gyémántszerkezet (erre az atomok tetraéderes elrendeződése a jellemző). Ilyen pl. a gyémánt, szilícium, germánium.
    • Kristályrács típusok
      1. Molekularács
        • Ilyen szilárd anyagoknál a rácspontokban molekulák helyezkednek el.
        • A molekulákat másodrendű van der Waals-kötés kapcsolja össze.
        • Ilyen anyag a víz, a szárazjég, a cukor, stb.
      2. Atomrács
        • A rácspontokban atomok helyezkednek el.
        • Az atomokat elsőrendű kovalens kötés kapcsolja össze.
        • Ilyen anyag pl. gyémánt, germánium, kvarc.
      3. Ionrács
        • A rácspontokban pozitív és negatív töltésű ionok helyezkednek el.
        • Ezeket az ionokat elsőrendű ionkötés kapcsolja össze.
        • Ilyen pl. a konyhasó, a kálium-klorid vagy a nátrium-nitrát.
      4. Fémrács
        • A rácspontban fémionok helyezkednek el. Ezeket kollektív, delokalizált elektronfelhő kapcsolja össze.
        • Ezt a delokalizált elektronfelhőt gyakran szokták gázként modellezni. Innen az elektrongáz modell elnevezés.
        • Ilyen szerkezete van a fémeknek: Cu, Ni, Al.

    A legtöbb kristályos anyag szerkezete nem tökéletes.

    • A rácspontokból hiányozhat egy-egy molekula, atom vagy ion.
    • Ponthibát okozhat idegen atomoknak a beépülése is.
    • Előfordul, hogy az elemi cellák illeszkedése nem pontos. Ezek feszültséget okozhatnak az anyag belsejében.

    Minden rácshiba módosítja az anyag tulajdonságát.

  4. Energiasávok

    Az energiasávok fogalma nagy segítséget jelent a szilárd anyagok számos tulajdonságának a megértésében.

    Induljunk ki a következőből:

    • Nagyszámú (N) azonos atom van, egymástól olyan távolságra, hogy a közöttük fellépő kölcsönhatás elhanyagolható.
    • Ilyenkor az atomban minden elektronnak megvan a saját energiaszintje. Ugyanakkora energiával N db elektron rendelkezik, hiszen pl. minden atomban az 1s atompályán lévő elektron energiája ugyanakkora bármelyik atomot vizsgáljuk is.
    • Most kezdjük el összenyomni az atomokat úgy, hogy egyre közelebb kerüljenek egymáshoz.
    • Az elektromos kölcsönhatás és a Pauli-elv miatt az elektroneloszlások kezdenek eltorzulni, különösen a külső elektronhéjon.
    • Az energiaszintek szintén eltolódnak, van olyan, amelyik felfelé, van olyan, amelyik lefelé, ahogy az elektronfelhők egyre inkább delokalizálttá válnak.
    • Így a korábbi energiaszintek körül energiasávok alakulnak ki.
      Egy-egy energiasávban N számú energiaszint tartozik. Ezeknek az energiaszinteknek az energiái nagyon közel vannak egymáshoz.
    • Ha N az Avogadro-szám nagyságrendjébe esik, akkor egy-egy sávon belül 1023 nagyságrendi energiaszint létezik. Ezt úgy is felfoghatjuk, mintha egy sávon belül az energia eloszlása folytonos lenne.
    • Az egymást követő sávok között hézagok vannak, ahol nincsenek megengedett energiaszintek. Ezeket a hézagokat tiltott sávoknak nevezzük.

    Az energiasávok betöltöttsége határozza meg, hogy egy anyag vezető vagy szigetelő.

  5. Szigetelők és vezetők

    Szigetelők

    • A szigetelőkben és a félvezetőkben a vegyértékelektronok által elfoglalt legmagasabb energiájú sávot vegyértéksávnak nevezzük.
    • Ezeknél az anyagoknál a vegyértéksávnál magasabban lévő vezetési sáv teljesen üres.
    • Szigetelők esetén a tiltott sáv szélessége 1 eV-5 eV közé esik.
    • Külső elektromos mező hatására az ilyen állapotban lévő elektronok nem tudnak mozogni. A vegyértéksáv teljesen betelt. Ez olyan, mintha egy garázsban egymás mellett állnának az autók Egyik sem tud moccanni a másiktól. Ha egy fel tudna ugrani a felső üres emeletre, akkor már a lent maradóknak is lenne mozgási lehetősége.
    • Ezeknél az anyagoknál ahhoz, hogy egy elektron a vegyértéksávból a vezetési sávba kerüljön legalább 1-5 eV energia szükséges. Mindez csak az abszolút nulla fok közelében igaz. Ennél magasabb hőmérsékleten — az energia véletlenszerű eloszlása miatt — lehet olyan elektron, amely akkora energiára tesz szert, hogy leküzdi a tiltott sáv által állított akadályt, és bekerül a vezetési sávba. Itt már szinte akadály nélkül mozoghat. Minden véges hőmérsékleten, még a legtökéletesebb szigetelőben is véletlenszerűen található néhány elektron.
    • 10 K hőmérsékletkülönbség megduplázza a vezetési elektronok számát.

    Vezetők

    • A vezetőknél az egyes energiasávok annyira kiszélesednek, hogy átfedik egymást.
    • Így a legmagasabb energiájú vegyértéksáv csak részben van betöltve.
    • Ebben a sávban nagyon sok egymáshoz közeli energiaszint van.
    • Külső elektromos mező hatására az elektronok könnyen átlépnek egy közeli magasabb energiaszintre. Az ilyen elektronok mozgékonyak, részt tudnak venni az elektromos és a hővezetésben.
  6. Félvezetők

    A félvezetők olyan anyagok, amelyeknél a tiltott sáv igen keskeny. Így az elektronok termikus energia következtében is könnyen feljuthatnak a vezetési sávba.
    A félvezetőknek két fajtája van:

    1. Szerkezeti félvezetők
    2. Szennyezéses félvezetők
      Itt további két csoportot különböztetünk meg:
      • n-típusú kristály
      • p-típusú kristály
    1. Szerkezeti félvezetők jellemzője
      • A vegyértéksáv teljesen telített.
      •  A tiltott sáv igen keskeny.
      • A vezetési sáv alacsony hőmérsékleten üres.

      A keskeny tiltott sáv miatt az elektronok a termikus mozgás következtében feljuthatnak a vezetési sávba. Az ilyen kristályok alacsony hőmérsékleten szigetelők, magasabb hőmérsékleten vezetők. Ilyen pl. a tiszta szilícium-kristály.


      Szilíciumkristály ionjai

    2. Szennyezéses félvezetők
      • A tiszta szilíciumkristályban minden szilíciumatomnak négy vegyértékelektronja van.
      • Ezek valamennyien részt vesznek a kovalens kötés kialakításában.
      • Így a vezetés számára nem marad elektron.
      • A vezetést szennyező atomok segítségével lehet könnyebbé tenni. A szennyezéses félvezetőknél a szennyezés mértéke olyan, hogy kb. egy szennyező atom jut százmillió szilíciumatomra.
      • n-típusú vezetés
        • Gondoljuk el, hogy a szilíciumkristály néhány atomját foszfor atomra cseréljük ki.
        • A foszforatom vegyértékhéján öt elektron van.
        • Ebből négy elektron részt vesz a kovalens kötés kialakításában, és még marad egy lazán kötött elektron.
        • Ennek az ötödik elektronnak az energiája éppen a tiltott energiasávba esik.
        • A laza kötés azt jelenti, hogy az energiaállapot közel esik a vezetési sávhoz, az elektron könnyen leszakadhat, akár hőmozgás hatására is, és ily módon a szennyezett szilíciumkristály vezetővé válik.
        • Az ilyen vezetés számára elektronokat adó idegen atomokat donoroknak nevezzük.
        • A donoratom kötésben részt nem vevő elektronjának energiaszintjét donornívónak nevezzük.
        • Az ilyen kristályokban a vezetést elektronok, azaz negatív töltésű részecskék végzik. Innen az elnevezés: n-vezetés.
          n-típusú félvezetők sávszerkezete
        • n-típusú vezetés létrehozható:
          • foszfor atommal,
          • arzén atommal,
          • antimón atommal.
      • p-típusú vezetés
        • Ebben az esetben a szilíciumkristály néhány atomját a 13-as rendszámú Al atommal helyettesítjük.
        • Az alumíniumatomnak a vegyértékhéján csak három elektron van. Így az egyik kötés csonka marad. Ez a hiány a tiltott sávban, a vegyértéksávhoz közel jelentkezik.
        • Ide a vegyértéksávból egy elektron átugorhat, így a vegyértéksávban elektronhiányos (pozitív) hely keletkezik.
        • Ebbe a lyukba beléphet az egyik kötésből egy elektron, és így tovább. Tehát a lyuk lesz az, ami vándorol.
        • Valóságban természetesen az elektronok végeznek mozgást, de az egész jelenség leírható úgy, mintha a lyuk vándorolna.
        • Az elektronhiányt előidéző atomot akceptornak nevezzük, a hozzá tartozó nívót, akceptornívónak. Az akceptornívó a vegyértéksávhoz közel helyezkedik el.

          p-típusú félvezető sávszerkezete
        • p-típusú vezetés létrehozható:
          • alumínium atommal,
          • bór atommal,
          • indium atommal.
  7. Félvezető eszközök

    Mára a félvezető eszközök rendkívül nagy számban és fajtában terjedtek el a gyakorlatban. Közülük a legfontosabbak:

    1. dióda
      • A legismertebb félvezető eszköz a rétegdióda. A kristály egyik oldala p-típusú, a másik oldala n-típusú félvezető.
      • A szabad végeken egy-egy fémes csatlakozó van. Innen van a névben a „di” szócska.
      • A dióda működésében a két réteg találkozása, az ún. p-n átmenet játszik szerepet. Az érintkező felületen a hőmozgás következtében megindul a rekombináció. Az n-rétegből elektronok lépnek a p-réteg lyukaiba. Így a határrétegben csökken a vezetőképes elektronok száma, az ellenállás megnő, a vezetőképesség csökken.
      • Ha a p-oldalra pozitív potenciált, az n-oldalra negatívat kötünk, akkor a dióda jól vezet. A p-oldalról lyukak, az n-oldalról elektronok indulnak a p-n átmenet felé, ahol az elektronok folyamatosan beugrálnak a lyukba, így az elektron-lyuk párok folyamatosan megsemmisülnek. Közben a csatlakozónál újabb lyukak és elektronok indulnak el. Ez a nyitóirányú előfeszítés, amikor csökken a dióda ellenállása, és nő a vezetőképessége.
      • Ha ellenkező feszültséget kapcsolunk az eszközre, akkor a lyukak is és az elektronok is a p-n átmenettől távolodni kezdenek. Ilyenkor a p-n átmenet a töltéshordozóktól kiürül, az átmenet elektromos ellenállása megnő, az áramvezetés igen rövid idő alatt megáll. Ez a záróirányú kapcsolás, vagy záróirányú előfeszítés.
      • A diódákat egyenirányításra lehet használni, mivel az egyik irányban 104-105-szer nagyobb az ellenállása, mint a másik irányban.
        Váltóáram esetén egyetlen diódával félutas egyenirányítás hozható létre.
        Teljes, kétutas egyenirányításhoz négy dióda kell. A dióda áramköri jelében a nyíl irányába mutat a vezetési irány.
      • A diódában nagy záróirányú feszültség esetén átütés jöhet létre, és ilyenkor a dióda vezetővé válik. Ezt az átütési áramot Zener-áramnak nevezik. A nagy térerő hatására az átmeneti rétegben lévő elektronok felgyorsulnak, és az ütközés következtében egyre több elektronnak adnak akkora energiát, hogy azok bekerülnek a vezetési sávba.

      Nyitóirányú karakterisztika

      A dióda p-n átmenete kis feszültségen a diffúziós hatás miatt az áram útjában gátat képez.

      Nyitóirányú feszültség növekedése esetén, ha a külső feszültség eléri a küszöbfeszültséget, a zárórétegben megindul az elektronok áramlása.

      A küszöbfeszültség szilícium félvezető esetén 0,6 V, germánium félvezető esetén 0,2V.

      A feszültség növekedés hatására az áram növekedése kezdetben exponenciális jellegű, később lineárissá válik. A görbült karakterisztika miatt meg kell különböztetni az egyenáramú és a differenciális ellenállást. Az egyenáramú ellenállás értéke a diódán eső pillanatnyi feszültség és a hatására átfolyó áram hányadosa:

      A dióda áram-feszültség karakterisztikája

      Ahol: Um = munkaponti feszültség
        Im = munkaponti áram

      A differenciális ellenállás a karakterisztika adott m munkapontjához húzható érintő iránytangense. Ezt közelítőleg a feszültség kis megváltozásának és a hozzátartozó áramváltozásnak hányadosa:

      Ahol: dU = feszültségváltozás a munkapont körül,
        dI = áramváltozás a munkapont körül.


      Záróirányú karakterisztika

      A dióda p-n átmenetére záró feszültséget kapcsolva, a p-n átmenetben a kiürített réteg szélessége nagyobb lesz. A kristály hőmérsékletének hatására kisebbségi töltéshordozók keletkeznek, amelyeket kialakult térerősség a határréteg irányába sodor, ami az átmeneten keresztül záróáramot hoz létre. Az előfeszített p-n átmenet értéke egy erősen hőmérsékletfüggő áramgenerátort alkot. Szilícium félvezetőn keresztül csak néhány nanoamper, germánium esetén mikroamper nagyságrendű áram áthaladása lehetséges.

      A záróirányban előfeszített dióda egy kondenzátort alkot. Fegyverzetekként a p és az n réteg viselkedik, a köztük lévő kiürített záróréteg a dielektrikum. Mivel a kiürített réteg szélessége a rákapcsolt záróirányú feszültséggel nő, a dióda-kondenzátor kapacitása ezzel csökken, így olyan kondenzátor jön létre, amelynek a kapacitása a rákapcsolt feszültséggel arányos. Azt a diódatípust, amely ezt a hatást felhasználja, változó kapacitású diódának, vagy „varicap” diódának nevezzük.

      Növelve a zárófeszültséget, a kiürített rétegben az elektromos térerősség akkora értéket érhet el, amely kiszakítja a kristálykötésből az elektronokat. A töltéshordozók megnövekedett száma miatt a záróirányú áram növekedni kezd. A szabad elektronok a nagy térerősség hatására gyorsulnak, mozgási energiájuk nő. A kristály atomjaiba ütközve a leadott energia újabb elektronokat szakít ki a kötésből, ami lavina-effektust eredményez, és a záróréteget hirtelen elárasztják az elektronok és a lyukak, az áram ugrásszerűen megnő. Az áram korlátozása nélkül a kristály túlmelegszik és tönkremegy. Ezt a jelenséget felfedezőjéről (Clarence Melvin Zener) Zener-effektusnak nevezik. Ezt a jelenséget feszültségstabilizációra lehet felhasználni. A Zener-effektust alkalmazó diódát Zener-diódának vagy stabilizátor-diódának nevezik.

    2. tranzisztor

      Felépítése

      • Három, egymást felváltva követő, különböző típusú vezetési tartományból áll. Az npn-tranzisztor esetén két n-típusú tartomány között egy vékony p-típusú réteg van, pnp-tranzisztor esetén pedig két p-típusú réteg közé kerül egy vékony n-típusú tartomány. A félvezető rétegek két egymással szembefordított p-n átmenetet alkotnak (mint két dióda). Minden réteg ki van vezetve egy lábra.
      • A két szélső réteget kollektornak (C), illetve emitternek (E) nevezik, a középső réteget bázisnak (B) hívják. A bázis jóval vékonyabb, mint a másik két réteg. A tranzisztor három rétege a félvezető kristálynak csak a felső vékony rétegét foglalja el. A kristály alsó része mechanikusan tartja a rétegeket.
      • A három rétegnek megfelelően két határréteg van. Jelöljük ezeket H1-gyel és H2-vel.
      • Az emitter-bázis diódára nyitóirányú előfeszítést adunk, a bázis-kollektor diódára záróirányút.
      • Az tapasztalható, hogy a bázisáram (Ib) elenyészően kicsi, míg a kollektoráram (Ik) és az emitteráram (Ie) közel megegyező nagyságú.

      Működése

      • Az emitterből szabad elektronok, a bázisból pedig lyukak haladnak a H1 határréteg felé.
      • Mivel a középső p-réteg, a bázis vékny (kb. 50μm), az elektronok többsége eléri a H2 réteget, onnan a kollektoron át zárja az áramkört.
      • A rekombinálódó elektronok, illetve lyukak hozzák létre a bázisáramot.
      • Ha a bázison keresztül nem folyik áram, akkor a tranzisztor kollektora és az emittere között sem folyik áram.
      • Amennyiben a bázison áram folyik át, akkor az áram mértékével arányosan folyik áram a kollektor és az emitter között is.

      A tranzisztor erősítő hatásának magyarázata

      • Az emitter-bázis dióda nyitóirányú előfeszítéséhez elegendő tized volt nagyságrendű feszültség.
      • Ez azt jelenti, hogy már kis feszültségváltozás jelentősen megváltoztatja az Ib bázisáram, ill. az Ie emitteráram értékét.
      • Mivel a kollektoráram erőssége közelítőleg megegyezik az emitteráram erősségével, a kollektorkörbe kötött megfelelő ellenálláson jóval nagyobb feszültségváltozás jön létre. Ez abból következik, hogy a kollektor-bázis dióda záróirányú előfeszítése kb. 50-100-szor nagyobb feszültséggel lehetséges, mint az emitter-bázis nyitófeszültsége.
    3. tirisztor
      • Két dióda van sorba kapcsolva.
      • A szokásos két csatlakozón kívül egy harmadik is található, amit kapunak hívunk.
      • A kapun átfolyó kicsiny árammal lehet szabályozni a főáramot, ami igen nagy is lehet.
      • A tirisztor tehát kapcsolóként működik mozgó alkatrész nélkül.
      • Felhasználása
        • riasztókban,
        • autó gyújtáskapcsolójaként,
        • villanymotorok indításához.
    4. fotoellenállás
      • A fotoellenállás ellenállásértéke megvilágítás hatására csökken.
      • Ilyen anyag pl. a kadmium-szulfát.
      • A félvezetőanyagban az elnyelt fény energiájának hatására elektron-lyuk párok jönnek létre, amelyek részt tudnak venni a vezetésben.
      • Minél erősebb a megvilágítás, annál több töltéshordozópár keletkezik, annál kisebb lesz a félvezető elektromos ellenállása.
      • Segítségével egy áramkör például automatikusan bekapcsolhatja a belső világítást, ha  a természetes napfény nem elegendő.
    5. fotodióda
      • A fotodióda úgy készül, hogy a fény a p-n átmenetre essen.
      • Ha a fotodiódára záróirányú feszültséget kapcsolunk, akkor az elektromos ellenállása nagymértékben változhat a megvilágítástól függően, mivel a megvilágítás hatására elektron-lyuk párok jönnek létre.
      • Ha a fotodiódára nem kapcsolunk külső feszültséget, akkor fényelemként működik. Ha pl. napfénnyel világítjuk meg, akkor napelemnek hívjuk.
      • A p-n átmenettől távolodó töltéshordozók egyenáramot hoznak létre, amellyel pl. zsebszámológépeket lehet üzemeltetni.
    6. LED
      • A LED olyan dióda, amely fényt sugároz ki.
      • A LED p-n átmenete sugározza ki a fényt, ha a dióda nyitóirányba van kapcsolva.
      • Ilyenkor elektronok kerülnek a p-tartományba, és lyukak az n-tartományba.
      • A rekombináció során energia szabadul fel foton formájában, és a p-n átmenet környéke világítani kezd.
      • A kisugárzott fény hullámhossza a félvezető anyagi minőségétől függ. Vannak infravörösben, vörösben, zöldben és sárgában sugárzó LED-ek.
      • A TV-k, videók távirányítóiban infravörös fényt sugárzó LED-ek vannak, amelyek fényét a TV-ben, ill. a videókban lévő fotodiódák észlelik. Az infravörös érzékelők olyan szűrőkkel vannak ellátva, amelyek nem engedik át a szobában lévő sokféle egyéb fényt.
    7. lézerdióda
      • A lézerdiódák olyan fénykibocsátó diódák, amelyben különlegesen kialakított, polírozott lapok találhatók a kibocsátási zónára keresztezett irányban.
      • Ezek a lapok úgy működnek, mint a lézerekben használt tükrök.
      • Legfontosabb felhasználási területük a CD lejátszók, mert a lézerdiódákkal különösen élesen fókuszált sugarat (1 mikronnál kisebb átmérőjűt) lehet előállítani.

      A félvezetődiódák p-n átmenet fontosságát nem lehet eléggé hangsúlyozni. Pl.  a memóriachipek sok millió p-n átmenetet tartalmaznak egyetlen szilíciumfelületen, amely nem nagyobb, mint egy egyforintos.