Schetchiksg.ru

Счетчик СГ
0 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Как образуется тепловой ток

1.3. Вольт-амперная характеристика электронно-дырочного перехода

1.3. Вольт-амперная характеристика электронно-дырочного перехода

Электронно-дырочный переход обладает свойствами, которые позволяют создать на его основе различные полупроводниковые приборы. На рис.1.1, а условно показаны две части кристалла, одна из которой имеет дырочную электропроводность, а другая – электронную. А на рис.1.1,б приведена картина после приведения их в контакт друг с другом. При контактировании частей кристалла с различными типами проводимости, электроны и дырки могут переходить через границу раздела. Слева от границы раздела электронов значительно меньше, чем справа, поэтому произойдёт их диффузия в р- область. Однако, как только электроны попадут в р- область, они будут рекомбинироваться с дырками — основными носителями в р- области, и их концентрация по мере углубления быстро убы­вает. Аналогично, дырки диффундируют в n -область из р- области и рекомбинируются там с электронами. Поскольку направленное движение заряженных частиц это есть электрический ток, то в момент контакта через границу раздела областей с различным типом проводимости появляется ток диффузии, состоящий из тока диффузии электронов и тока диффузии дырок, направление которого совпадает с направлением диффузии дырок.

I д = I p д + I n д

В дальнейшем ток такого направления будем называть прямым током. Как было указано выше, диффузия электронов и дырок из областей, где они является основными носителями в области, где они становятся неосновными, приводит к тому, что на границе раз­дела образуется два слоя противоположных по знаку зарядов. Область образовавшихся пространственных зарядов представляет собой p — n переход. Его ширина обычно не превышает десятых до­лей микрона. После образования на границе p — n областей контактной разности потенциалов, продиффундировать через p — n пе­реход могут только те носители, тепловая энергия которых дос­таточна, чтобы преодолеть потенциальный барьер. Однако надо иметь в виду, что кроме основных носителей заряда, созданных донорными и акцепторными примесями, как в р- так и n -областях в каждое мгновение может образоваться определённое количес­тво электронно-дырочных пар за счёт тепловой или любой дру­гой энергии, получаемой кристаллом от внешней среды. Иначе го­воря, в n -области наряду с основными носителями-электронами имеется неос­новные носители-дырки, а в р- области — электроны. Эти неоснов­ные носители имеют определённое время жизни, и, если они окажутся в области p — n перехода, электрическое поле перехода бу­дет способствовать переходу неосновных носителей в те облас­ти, для которых эти носители является основными. Так, электроны проводимости р- области, совершая тепловое хаотическое движение, приближаются к области пространственного заряда, и полем этих зарядов переносятся в n -область, аналогично дырки n -области переходят в р- область. Ток, создаваемый неосновными носителями, называется тепловым током. (Его ещё называют обратным током, темновым током и током насыщения). Он состоит из электронно­го I 0 n и дырочного I 0 p токов: I 0 = I 0 n + I 0 p

Так как неосновных носителей мало, то и ток, образуемый ими, мал.

Кроме того он не зависит от величины напряжения на p — n переходе т.е. является током насыщения неосновных носителей.

По своему направлению тепловой ток противоположен току диффузии, поэтому общий ток р- n перехода: I p — n = I д – I 0

При разомкнутом ( или замкнутом накоротко ) p — n переходе контактное напряжение затрудняет диффузию основных носителей настолько, что ток диффузии становится равным по абсолют­ной величине тепловому току

I д = I 0 . При этом I p — n =0 . Основные носители при встречной диффузии усиленно рекомбинируются в приконтактных областях p — n перехода. Рекомбинация происходит с такой интенсивностью, что в любой точке слоя, обедненного подвижными носителями, будет примерное равенство

pn = n i 2 . Данное состояние полупроводника называют равновесным.

Рассмотрим, какими характеристиками будет обладать p — n переход в зависимости от полярности приложенного напряжения:

а) Обратное включение p — n перехода.

При обратном включении p — n перехода источник подключается так, чтобы поле, создаваемое внешним напряжением, совпадало с полем p — n -перехода ( рис.1.2,б ). В этом случае поля складываются, и потенциальный барьер между р- и n — областями возрастает. Он становится равным U = + V , где U -результирующий потенциальный барьер, -контактная разность потенциалов, V -внешнее напряжение. Такое воздействие на p — n переход называется обратным смещением p — n перехода. Количество основных носителей, способных преодолеть действие результирующего поля, уменьшается, соответственно уменьшается и ток диффузии. Под действием электрического поля, создаваемого источником V , основные носи­тели будут оттягиваться от приконтактных областей в глубину полупроводника. В результате ширина запирающего слоя увеличивается по сравнению с шириной в равновесном состоянии.

Читайте так же:
Выключатель для теплого пола условное обозначение

По мере увеличения внешнего напряжения остаётся всё меньше подвижных носителей, способных преодолеть возрастающее тормозящее электрическое поле, и поэтому диффузионный ток через переход с увеличением обратного напряжения быстро стремится к нулю. Эта зависимость имеет экспоненциальный характер:

I n д = I n 0 exp [- qV / kT ] ; I p д = I p 0 exp [- qV / kT ], где I n 0 и I p 0 — токи неосновных носителей при V =0. При комнатной температуре qV / kT =39В -1 , поэтому экспоненциальная зависимость очень сильная.

Общий диффузионный ток: I д =( I n 0 + I p 0 ) exp [- qV / kT ]= I 0 exp [- qV / kT ], где

I 0 = I n 0 + I p 0

Полный ток через переход равен разности диффузионного и теплового токов, поскольку они направлены в разные стороны. Тепловой ток образуется неосновными носителями заряда, при этом электрическое поле перехода способствует их перемещению в соседнюю область . Практически все неосновные носители, подходящие к p — n переходу, перемещаются в соседнюю область . Поэтому тепловой ток зависит от концентрации неосновных носите­лей в р- и n -областях и не зависит от напряжения, приложенного к p — n переходу.

I p-n =I д –I 0 = I 0 exp[-qV/kT] — I 0 = I 0 (exp[-qV/kT]-1).

б) Прямое включение p — n перехода.

При прямом включении p — n перехода источник включается так, что поле, создаваемое внешним напряжением в p — n переходе, направле­но навстречу контактному полю. Такое воздействие на p — n переход называют прямым смещением p — n перехода. В этом случае, напряжение источ­ника вычитается от контактной равности потенциалов. Потенциальный барьер между р- и n — областями соответственно уменьшается (рис.1.2, а ).Диффузия основных носителей через p — n переход значительно облегчается и во внешней цепи возникает ток, примерно равный току диффузии.

Так как прямое напряжение вызывает встречное движение дырок и электронов, то их концентрация в приконтактной областях возрастает, что приводит к уменьшению ширины p — n перехода. Зависи­мость тока диффузии от прямого напряжения имеет тот же вид, что и при обратном включении, только напряжение берётся с положительным знаком:

I д =I 0 exp[qV/kT]

Так же как и для обратного включения, тепловой ток не будет зависить от напряжения. Полный ток p — n перехода равен: I p — n = I 0 ( exp [ qV / kT ]-1).

Последнюю формулу можно считать универсальной если принять, что внешнее напряжение в неё входит со своим знаком (прямое напряжение положительно, обратное – отрицательно). Из этого сле­дует, что при прямом смещении p — n перехода экспоненциальный член быстро возрастает и единицей в фигурных скобках можно пре­небречь, поэтому I p — n = I д . При обратном смещении p — n перехода экс­поненциальный член быстро стремится к нулю и ток p — n перехода оказывается равным тепловому току.

Рис.1.3. Теоретическая ВАХ идеального p — n перехода.

Зависимость тока I p — n от внешнего напряжения, т.е. теоретическая вольт-амперная характеристика p — n перехода показана на рис 3.

На вольтамперную характеристику сильно влияет температура. С изменением темпе­ратуры смещаются как обратная, так и пря­мая ветви характеристики. При повышении температуры увеличивается число пар элек­трон-дырка, возникающих в p — n областях вследствие теплового движения атомов. Это приводит к увеличению теплового тока I 0 p — n перехода.

Поскольку ток I 0 входит в формулы для расчета и прямой, и обратной ветвей вольт-амперной характеристики, то отсюда и вытекает, что температура должна влиять на вольтамперную характеристику.

Как указывалось выше, при протекании через p — n переход прямого тока около перехода происходит накопление инжектированных неосновных неравновесных носителей. Неравновесные носители соз­дают в n — и р- областях неравновесные пространственные заряды соответствующих знаков. Если быстро сменить полярность источника, то в начальный момент во внешней цепи потечет значительный обратный ток, обусловленный обратным переходом тех носителей, являющихся неосновными для данных областей полупроводника. Поле контактной разности потенциалов не препятствует, а содей­ствует такому переходу.

Большое значение обратного тока в начальный момент при сме­не полярности внешнего источника соответствует как бы разряду некоторой ёмкости. Эта ёмкость называется диффузионной ёмкостью p — n перехода, в отличие от барьерной ёмкости, понятие которой даёт­ся выше.

Читайте так же:
Автоматический выключатель с тепловым расцепителем abb

Диффузионная ёмкость существует только тогда, когда имеется ток диффузии, а при отсутствии тока диффузии диффузионная ёмкость перестает существовать.

Диффузионная ёмкость прямо пропорциональна току диффузии и времени жизни неосновных носителей. , где — время жизни дырок в n — области, — время жизни электронов в p — области. Для несимметричного p — n перехода ( p >> n )

p-n-переход

p-n-перехо́д или электронно-дырочный переход — область соприкосновения двух полупроводников с разными типами проводимости — дырочной (p, от англ. positive — положительная) и электронной (n, от англ. negative — отрицательная). Электрические процессы в p-n-переходах являются основой работы полупроводниковых приборов с нелинейной вольт-амперной характеристикой (диодов, транзисторов и других ).

Содержание

  • 1 Области пространственного заряда
  • 2 Выпрямительные свойства
  • 3 Ёмкость
    • 3.1 Барьерная ёмкость
    • 3.2 Диффузионная ёмкость
  • 4 Воздействие радиации
  • 5 Методы формирования
    • 5.1 Вплавление примесей
    • 5.2 Диффузия примесей
    • 5.3 Эпитаксиальное наращивание
  • 6 Применение
  • 7 Историческая справка
  • 8 См. также
  • 9 Примечания
  • 10 Литература

Области пространственного заряда [ править | править код ]

В полупроводнике p-типа, который получается посредством акцепторной примеси, концентрация дырок намного превышает концентрацию электронов. В полупроводнике n-типа, который получается посредством донорной примеси, концентрация электронов намного превышает концентрацию дырок. Если между двумя такими полупроводниками установить контакт, то возникнет диффузионный ток — основные носители заряда (электроны и дырки) хаотично перетекают из той области, где их больше, в ту область, где их меньше, и рекомбинируют друг с другом. Как следствие, вблизи границы между областями практически не будет свободных (подвижных) основных носителей заряда, но останутся ионы примесей с некомпенсированными зарядами [1] . Область в полупроводнике p-типа, которая примыкает к границе, получает при этом отрицательный заряд, приносимый электронами, а пограничная область в полупроводнике n-типа получает положительный заряд, приносимый дырками (точнее, теряет уносимый электронами отрицательный заряд).

Таким образом, на границе полупроводников образуются два слоя с пространственными зарядами противоположного знака, порождающие в переходе электрическое поле. Это поле вызывает дрейфовый ток в направлении, противоположном диффузионному току. В конце концов, между диффузионным и дрейфовым токами устанавливается динамическое равновесие, и изменение пространственных зарядов прекращается. Обеднённые области с неподвижными пространственными зарядами и называют p-n-переходом [2] .

Выпрямительные свойства [ править | править код ]

Если к слоям полупроводника приложено внешнее напряжение так, что создаваемое им электрическое поле направлено противоположно существующему в переходе полю, то динамическое равновесие нарушается, и диффузионный ток преобладает над дрейфовым током, быстро нарастая с повышением напряжения. Такое подключение напряжения к p-n-переходу называется прямым смещением (на область p-типа подан положительный потенциал относительно области n-типа).

Если внешнее напряжение приложить так, чтобы созданное им поле было одного направления с полем в переходе, то это приведёт лишь к увеличению толщины слоёв пространственного заряда. Диффузионный ток уменьшится настолько, что преобладающим станет малый дрейфовый ток. Такое подключение напряжения к p-n-переходу называется обратным смещением (или запорным смещением), а протекающий при этом через переход суммарный ток, который определяется в основном тепловой или фотонной генерацией пар электрон-дырка, называется обратным током.

Ёмкость [ править | править код ]

Ёмкость p-n-перехода — это ёмкости объёмных зарядов, накопленных в полупроводниках на p-n-переходе и за его пределами. Ёмкость p-n-перехода нелинейна — она зависит от полярности и значения внешнего напряжения, приложенного к переходу. Различают два вида ёмкостей p-n-перехода: барьерная и диффузионная [3] .

Барьерная ёмкость [ править | править код ]

Барьерная (или зарядовая) ёмкость связана с изменением потенциального барьера в переходе и возникает при обратном смещении. Она эквивалентна ёмкости плоского конденсатора, в котором слоем диэлектрика служит запирающий слой, а обкладками — p и n-области перехода. Барьерная ёмкость зависит от площади перехода и относительной диэлектрической проницаемости полупроводника.

Диффузионная ёмкость [ править | править код ]

Диффузионная ёмкость обусловлена накоплением в области неосновных для неё носителей (электронов в p-области и дырок в n-области) при прямом смещении. Диффузионная ёмкость увеличивается с ростом прямого напряжения.

Читайте так же:
Тепловой расчет автоматического выключателя

Воздействие радиации [ править | править код ]

Взаимодействие радиационного излучения с веществом — сложное явление. Условно принято рассматривать две стадии этого процесса: первичную и вторичную.

Первичные или прямые эффекты состоят в смещении электронов (ионизации), смещении атомов из узлов решётки, в возбуждении атомов или электронов без смещения и в ядерных превращениях вследствие непосредственного взаимодействия атомов вещества (мишени) с потоком частиц.

Вторичные эффекты состоят в дальнейшем возбуждении и нарушении структуры выбитыми электронами и атомами.

Наибольшего внимания заслуживают возбуждение электронов с образованием электронно-дырочных пар и процессы смещения атомов кристалла из узлов решетки, так как это приводит к образованию дефектов кристаллической структуры. Если электронно-дырочные пары образуются в области пространственного заряда, это приводит к возникновению тока, на противоположных контактах полупроводниковой структуры. Этот эффект используется для создания беттавольтаических источников питания со сверхдолгим сроком службы (десятки лет).

Облучение заряженными частицами большой энергии всегда приводит к первичной ионизации и, в зависимости от условий, к первичному смещению атомов. При передаче высоких энергий электронам решетки образуются дельта-излучение, высокоэнергетические электроны, которые рассеиваются от ионного трека, а также фотоны и рентгеновские кванты. При передаче атомам кристаллической решетки меньших энергий происходит возбуждение электронов и их переход в более высокоэнергетическую зону, в которой электроны термолизируют энергию путем испускания фотонов и фононов (нагрев) различных энергий. Наиболее общим эффектом рассеяния электронов и фотонов является эффект Комптона.

Методы формирования [ править | править код ]

Вплавление примесей [ править | править код ]

При вплавлении монокристалл нагревают до температуры плавления примеси, после чего часть кристалла растворяется в расплаве примеси. При охлаждении происходит рекристаллизация монокристалла с материалом примеси. Такой переход называется сплавным.

Диффузия примесей [ править | править код ]

В основе технологии получения диффузионного перехода лежит метод фотолитографии. Для создания диффузного перехода на поверхность кристалла наносится фоторезист — фоточувствительное вещество, которое полимеризуется засвечиванием. Неполимеризованные области смываются, производится травление плёнки диоксида кремния, и в образовавшиеся окна производят диффузию примеси в пластину кремния. Такой переход называется планарным.

Эпитаксиальное наращивание [ править | править код ]

Сущность эпитаксиального наращивания состоит в разложении некоторых химических соединений с примесью легирующих веществ на кристалле. При этом образуется поверхностный слой, структура которого становится продолжением структуры исходного проводника. Такой переход называется эпитаксиальным [3] .

Применение [ править | править код ]

  • Диод
  • Транзистор
  • Тиристор
  • Варикап
  • Стабилитрон (диод Зенера)
  • Светодиод
  • Фотодиод
  • Стабистор
  • pin диод
  • Бетавольтаические источники питания

Историческая справка [ править | править код ]

Официально признано, что p-n-переход открыл в 1939 году американский физик Рассел Ол в Лаборатории Белла [4] . В 1941 году Вадимом Лашкарёвым был открыт p-n-переход на основе Cu 2 O >> и Ag 2 S >> в селеновых фотоэлементах и выпрямителях [5] .

Вольтамперная характеристика реального p-n перехода

Функция (9) является характеристикой ИДЕАЛЬНОГО p-n перехода, так как при ее выводе учитывались только процессы инжекции и экстракции и опускались многие привходящие факторы.

Вольтамперная характеристика РЕАЛЬНОГО электронно-дырочного перехода отличается от соответствующей характеристики идеального перехода, прежде всего тем, что приложенное к выводам напряжение включает в себя напряжения, падающие в объемах областей p и n, то есть отличается от напряжения на самом p-n переходе. Кроме того, общий ток через p-n переход состоит из ряда составляющих:

в отличие от идеального p-n перехода, имеющего всего одну составляющую, определяемую выражением (9).

Дело в том, что при анализе идеального p-n перехода мы полагали, что потоки носителей заряда при их пролете через переходный слой остаются постоянными, а поэтому токи в этом слое не меняются. В действительности же в переходном слое так же, как и в областях p и n, происходит генерация и рекомбинация носителей заряда. При этом образуются токи генерации Iген и рекомбинации Iрек, влияние которых в ряде случаев существенно, в особенности для приборов, изготовленных из кремния.

Эти составляющие тока ведут себя по-разному в различных включениях p-n перехода. В частности, при отсутствии напряжения ток генерации компенсируется током рекомбинации точно такой же величины.

Читайте так же:
Тепловозы с электрической передачей переменно постоянного тока

При обратном (запирающем) напряжении высота потенциального барьера повышается, поток основных носителей через переход практически прекращается, поэтому исчезает ток рекомбинации Iрек.. Ток генерации Iген, наоборот, возрастает, так как расширяется переходный слой, то есть та область, в которой происходит генерация носителей заряда.

При прямом (отпирающем) напряжении из-за сужения p-n перехода ток генерации спадает, но заметно возрастает ток рекомбинации, так как. существенно растет поток основных носителей заряда через переход.

Суммарный ток через переход включает в себя также токи утечки Iут и канальные токи Iкан, которые обусловлены поверхностными эффектами.

Ток утечки образуется по поверхности переходного слоя и зависит от ее состояния. При изготовлении полупроводниковых приборов специальной обработкой стремятся уменьшить величину токов утечки до пренебрежимо малых значений.

Более существенное влияние на работу p-n переходов оказывают канальные токи, которые образуются в так называемых каналах на поверхности кристалла из-за искривления энергетических зон полупроводника. Канал работает как обычный p-n переход, и его токи суммируются с остальными токами как при прямом, так и при обратном включении p-n перехода.

Таким образом, график ВАХ реального p-n перехода выглядит иначе, чем для идеального перехода (рис.4, кривая 2).

При прямом напряжении характеристика 2 пройдет ниже характеристики 1 идеального p-n перехода вследствие падения напряжения на сопротивлениях областей p и n. Уравнение вольтамперной характеристики в этой области будет иметь вид

где rб – это сопротивление менее легированной из областей полупроводника, образующих p-n переход. Кроме того, величина прямого тока уменьшается из-за рекомбинации носителей в p-n переходе.

При увеличении обратного напряжения обратный ток через переход не остается постоянным, а увеличивается, так как возрастает ток генерации (из-за расширения переходного слоя) и канальный ток (из-за увеличения напряженности поля на поверхности кристалла).

При достижении обратным напряжением некоторого критического значения наблюдается резкое увеличение обратного тока через p-n переход. Это явление называется ПРОБОЕМ ПЕРЕХОДА. Напряжение, при котором наступает пробой, может иметь величину от единиц до сотен вольт.

Различают три вида (механизма) пробоя p-n перехода: лавинный, туннельный и тепловой. Первые два связаны с увеличением напряженности электрического поля в p-n переходе, а третий-с увеличением рассеиваемой мощности и соответственно температуры.

ЛАВИННЫЙ ПРОБОЙ, который является разновидностью электрического вида пробоя, возникает в высокоомных полупроводниках, имеющих большую ширину перехода. Поскольку длина свободного пробега электрона значительно меньше ширины перехода, то за время свободного пробега электроны успевают приобрести достаточную энергию, чтобы при соударении с атомами ионизировать их, образуя пары электрон-дырка. Вновь образованные электроны, ускоряясь полем, в свою очередь могут так же вызвать ионизацию атомов. Таким образом, будет происходить лавинообразное нарастание тока, приводящее к пробою p-n перехода (кривая 2а на рис.4). При этом ток, протекающий через переход, превысит в раз величину тока Io, обусловленного потоком первоначальных носителей где — коэффициент лавинного умножения.

ТУННЕЛЬНЫЙ ПРОБОЙ характерен для узких p-n переходов, изготовленных из низкоомного полупроводника. Это другая разновидность электрического вида пробоя, и возникает он при напряженностях электрического поля порядка 200кВ/см, когда становится возможным туннельный переход электронов из валентной зоны р-области непосредственно в зону проводимости n-области. При туннельном пробое увеличение напряжения настолько сильно искривляет энергетические зоны, что энергия валентных электронов в р-области становится такой же, как свободных электронов в n-области. В случае очень узкого перехода возможен перенос электронов из р-области в n-область без изменения энергии (рис.5). Это приводит к увеличению тока через р-n переход. Напряжение туннельного пробоя уменьшается с повышением температуры. При увеличении температуры ширина запрещенной зоны полупроводника уменьшается, и уровни энергии электронов в зоне проводимости и в валентной зоне выравниваются при меньших напряжениях. Туннельный переход становится возможным при более низких напряжениях.

ТЕПЛОВОЙ ПРОБОЙ возникает в результате разогрева перехода, когда количество теплоты, выделяемой током в p-n переходе, больше количества теплоты отводимой от него. При разогреве перехода происходит интенсивная генерация электронно-дырочных пар и увеличение обратного тока через переход. Это, в свою очередь, приводит к дальнейшему увеличению температуры и обратного тока. В итоге ток через переход лавинообразно увеличивается (кривая 2б на рис.4).

Читайте так же:
Теплота выделяется в проводнике только при прохождении тока проводимости

В отличие от электрических видов пробоя тепловой пробой необратим, так как при нем происходят необратимые изменения структуры p-n перехода.

На вольтамперную характеристику p-n перехода существенное влияние оказывает температура (рис.6). Причем более сильное изменение претерпевает обратная ветвь вольтамперной характеристики.

В германиевых p-n переходах при комнатной и повышенных температурах преобладают тепловые токи, обусловленные прямой генерацией. Ширина запрещенной зоны в кристаллах германия достаточно мала, поэтому вероятность прямой генерации значительно выше, чем в кремниевых p-n переходах.

Прямые ветви вольтамперных характеристик с ростом температуры изменяются мало. На их положение оказывает влияние изменение контактной разности потенциалов, которая уменьшается с ростом температуры.

Основным назначением перехода является выпрямление тока, поскольку обратный ток много меньше прямого тока. В этом случае устройство с переходом называют полупроводниковым диодом.

Свойства выпрямителей характеризуются коэффициентом выпрямления , который равен отношению прямого тока к обратному , измеренным при одинаковых по величине прямом и обратном напряжении.

(10)

Участок вольтамперной характеристики полупроводникового диода, соответствующий области электрического пробоя может быть использован для стабилизации напряжения. Такие устройства получили название стабилитроны. Типичные вольтамперные характеристики стабилитрона при обратном включении показаны на рис. 8. Прямая ветвь стабилитрона соответствует прямой ветви диода. Рис. 8

Эффективность стабилизации напряжения характеризуется коэффициентом стабилизации , который показывает, во сколько раз относительное изменение напряжения на выходе схемы стабилизации меньше, чем относительное изменение напряжения на входе. Кроме этого, важным является диапазон токов, в котором возможна стабилизация напряжения:

В основном используются кремниевые стабилитроны, которые могут обеспечивать стабилизацию напряжения в широких пределах от 5 до 200 В.

Свойства p-n-перехода. Полупроводниковый диод. Принцип действия транзистора.

Свойства pn-перехода.

Примесные полупроводники

Донорная примесь: основные носители заряда — свободные электроны. Остается положительный ион примеси. Акцепторная примесь: основные носители заряда—дырки. Остается отрицательный ион примеси. В месте контактадонорного и акцепторного полупроводников возникает электронно-дырочный переход (p-n-переход).

Свойства р-п-перехода

1. Образуется запирающий слой, образованный зарядами ионов примеси: d=10 -7 м , Dj = 0.4—0,8 В .

2. Направление внешнего поля (источника) совпадает с направлением контактного поля. Тока основных носителей заряда нет. Существует слабый токнеосновных носителей заряда. Такое включение называется обратным.

3. Прямое включение. Существует ток основных носителей заряда.

p-n-переход пропускает электрический ток только в одном направлении

(свойство односторонней проводимости).

Полупроводниковый диод

Схематическое изображение. Направление стрелки указывает направление тока.

Вольтамперная характеристика полупроводникового диода.

/, 2 участок приближенно прямолинеен -экспонента;

3 пробой диода

0,3 обратный ток;

0,1 ток меняется нелинейно.

Обратный ток обусловлен наличием неосновных носителей заряда.

Применение полупроводникового диода

Принцип действия транзистора

Направление стрелки — направление тока

На всех рисунках — p-n-p— транзисторы.

Устройство биполярного транзистора.

Основные применения: элемент усилетеля тока, напряжения или мощности; электронный ключ (например, в генераторе электромагнитных колебаний).

Переход эмиттер — база включается в прямом направлении, а база — коллектор — в обратном. Через эмиттерный переход идет большое количество основных носителей заряда. База очень тонкая. Концентрация основных носителей заряда в базе небольная. Поэтому рекомбинация электронов и дырок небольшая. Ток базы маленький. Заряды, пришедшие из эмиттера, по отношению к базе являютсянеосновными, поэтому они свободно проходят через коллекторный переход. До 95% дырок, попадающих из эмиттера в базу, проходят в коллектор. Т.е. Iэ ≈ Iб . При изменении Iэ с помощью источника переменного напря­жения одновременно почти во столько же раз изменяется Iк . Т.к. сопротивление коллекторного перехода во много раз превышает сопротивление эмиттерного, то при практически равных токах, напряжение на эмиттере много меньше напряжения на коллекторе.

голоса
Рейтинг статьи
Ссылка на основную публикацию