Контактні явища на межі метал−напівпровідник та напівпровідник−напівпровідник вивчені досить добре та використовуються для виготовлення діодів Шотткі і електронно-діркових діодів та транзисторів.
Саме явище електронно-діркового переходу лежить в основі роботи більшості напівпровідникових пристроїв. Це явище відкрили порівняно недавно. Вперше його досліджував Давидов у 1938 р., а сучасна теорія і методи утворення електронно-діркового переходу були розроблені Шоклі і його співробітниками у 1949 році.
Область на границі двох напівпровідників з різними типами електропровідності називається електронно-дірковим, або р-n-переходом.
Розглянемо фізичні процеси в p-n-переході. Розглянемо напівпровідник, що складається з двох частин (рис.7.4): перша − це напівпровідник типу p, а друга − типу n. Нехай границя, що розділяє ці дві частини, є різкою. Рух носіїв заряду через p-n-перехід при відсутності зовнішнього електричного поля буде носити характер дифузії. Концентрація електронів в n-області є більшою, ніж в p-області, в результаті чого електрони дифундують в p-область, де рекомбінують з дірками. Дірки аналогічно дифундують в n-область, де рекомбінують з електронами. Ці процеси приводять до того, що n-напівпровідник біднішає на електрони і поблизу p-n-переходу в ньому утворюється додатній заряд. Також p-напівпровідник біднішає на дірки і поблизу p-n-переходу в ньому утворюється від’ємний заряд. Внаслідок цього енергія електрона W в n-області зменшиться, а в р-бласті збільшиться. Енергія дірки − навпаки.
Таким чином, поблизу p-n-переходу утворюються протилежні за знаком просторові заряди, що створюватимуть електричне поле, направлене протилежно до напрямку дифузії з n-області в p-область. Тому це поле прийнято називати потенціальним бар’єром. Оскільки тут створюється різниця потенціалів, тому основним носіям заряду буде важче пройти через p-n-перехід і тут буде підвищений опір. Через це p-n-перехід ще називають запірним шаром.
Якщо приєднати напівпровідник з p-n-переходом до джерела живлення, то ситуація зміниться. Спочатку під’єднаємо n-напівпровідник до від’ємного полюса джерела живлення, а p-напівпровідник до додатнього (рис.7.5). При цьому напруженість зовнішнього електричного поля буде протилежною до напруженості внутрішнього електричного поля, в результаті чого воно ослабне. Тому збільшиться кількість основних носіїв заряду, що проходять через p-n-перехід.
Внаслідок цього енергія електронів в n-області збільшиться, а а в р-області зменшиться, тобто знижується потенціальний бар’єр. При цьому збільшиться сила струму, а опір буде зменшуватись із збільшенням напруги. Такий перехід називається прямим.
Якщо змінити полярність джерела живлення, то ситуація зміниться (рис.7.6). Електрони з n-області, і дірки з p-області будуть рухатись від границі двох напівпровідників в протилежні сторони. Внаслідок цього запірний шар збідніє на основні носії заряду і його опір зросте. Струм через p-n-перехід буде дуже малим, бо переноситиметься неосновними носіями заряду.Такий перехід називається зворотнім.
Ці процеси наглядно ілюструє вольтамперна характеристика p-n-переходу (рис.7.7). При зворотньому переході струм в деяких межах є величиною постійною. Але при подальшому збільшені напруги, коли U>Uпр відбувається пробій p-n-переходу. Це відбувається тому, що електрони звільняються від ковалентних зв’язків і проходять через p-n-перехід.
Властивості p-n-переходу залежать від багатьох умов: температури, освітлення та ін.
Напівпровідниковим діодом називається пристрій, що має два виходи і складається з одного p-n-переходу. Діоди виготовляють з кремнію, германію, селену, та ін.
Розглянемо способи утворення p-n-переходу в діоді. Цей перехід не вдається одержати механічним з’єднанням напівпровідників, бо відстань між p і n областями має бути не більшою від міжатомних відстаней. Тому основними методами одержання p-n-переходів є сплавлення і дифузія. Розглянемо германієвий діод з n-електропровідністю. При високій температурі в нього вплавляють індій, внаслідок чого утворюється ділянка з р-електропровідністю. На межі цих ділянок утворюється p-n-перехід. Щоб на p-n-перехід менше впливала температура і освітлення, діод запаюють в герметичний корпус.
Залежно від матеріалу діодів, вони мають різні робочі характеристики. Так, допустимі зворотні напруги кремнієвих діодів 1000−1500 В, а германієвих 100−400 В, інтервал робочих температур кремнієвого діода від –60 до +150 0С, а для германієвого від –60 до +85 0С. Тому ширшого використання набули кремнієві діоди. Діоди широко використовують в електро- і радіотехніці, зокрема для випрямлення змінного струму. Напівпровідниковий діод є кращим за вакуумний оскільки не містить підігрівного катода, має менші розміри.
Транзистори. Транзисторами називають напівпровідникові прилади, призначені для підсилення, генерації і перетворення електричних коливань. Розрізняють два види транзисторів: біполярні і польові.
Рис. 7.3. Схематична будова і умовне графічне позначення на схемах біполярних транзисторів n-p-n (а) і p-n-p (б)
Основою біполярного транзистора служить невелика пластинка германію або кремнію, яка володіє електронною або дірковою електропровідністю, тобто n- або p-типу. На поверхні обох сторін пластинки наплавляють кульки домішкових елементів. При нагріванні до певної температури відбувається дифузія (проникнення) домішкових елементів в товщу пластинки напівпровідника. В результаті в товщі пластинки виникають дві області, протилежні їй по електропровідності. Пластинка германію або кремнію p-типу і створені в ній області n-типу утворюють транзистор структури n-p-n, а пластинка n-типу і створені в ній області p-типу − транзистор структури p-n-p.
Незалежно від структури транзистора його пластинку початкового напівпровідника називають базою (Б), протилежну їй за електропровідністю область меншого об'єму − емітером (Э), а іншу таку ж область більшого об’єму − колектором (К). Ці три електроди утворюють два p-n переходи: між базою і колектором − колекторний, а між базою і емітером − емітерний. Кожний з них за своїми електричними властивостями аналогічний p-n переходам напівпровідникових діодів і відкривається при таких же прямих напругах на них.
Транзистор-підсилювач. Під’єднаємо між колектором і базою джерело напруги ε1 у запірному напрямі, а між емітером і базою − джерело напруги ε2 − в пропускному напрямі (рис.7.4). При замиканні ключа К1, струм в колі колектора буде дуже слабким. Якщо ж замкнути вимикач К2, то міліамперметр покаже значне зростання сили струму в колі колектора, яка зростатиме зі збільшенням напруги джерела ε2 та зменшуватиметься у випадку її зменшення. Причину цього можна пояснити так. Основну частину струму через емітер створює переміщення дірок у напрямі до бази транзистора, і в наслідок цього відбувається проникнення дірок у базу, тобто в ділянку з електронною проникністю. Оскільки база виготовляється досить вузькою областю, то дірки не встигають рекомбінувати з електронами і досягають другого р-n-переходу. Тут на дірки починає діяти електричне поле, створюване джерелом напруги ε1 , і вони, проникаючи в колектор, створюють в його колі додатковий струм. Саме тому, будь-яка зміна сили струму в колі емітера приводить до значних змін сили струму в колі колектора. Це пояснюється зміною напруг відповідно до закону Ома: змінюючи напругу в колі емітера, можна дістати значно більші зміни напруги в колі колектора, отже, дістати підсилення напруги.
Із цими матеріалами переглядають:
Будь яке копіювання, у тому числі окремих частин текстів чи зображень, публікування і републікування, передрук чи будь-яке інше поширення інформації fizmat.7mile.net, яким би способом воно не здійснювалося повинно мати обов’язкове пряме, відкрите для пошукових систем гіперпосилання на ресурс fizmat.7mile.net в першому абзаці. Будемо вдячні за розміщення кнопки сайту на Ваших ресурсах: <p><a href="http://fizmat.7mile.net/" target="_blank"><img src="http://fizmat.7mile.net/images/fizmat7milebl.png" width="170" height="40" alt="s5 logo" style="display: block; margin-left: auto; margin-right: auto;" /></a></p> |
Використовуючи наш веб-сайт, ви погоджуєтесь на наше використання файлів cookie Детальніше про cookies
Source: http://fizmatprov/Tablichni-dani/koefitsienti-linijnogo-rozshirennya-tverdikh-rechovin.html