SHPORA.net :: PDA

[ Back ]

В современной электронной технике полупроводниковые приборы играют исключительную роль. За последние три десятилетия они почти полностью вытеснили электровакуумные приборы.

В любом полупроводниковом приборе имеется один или несколько электронно-дырочных переходов. Электронно-дырочный переход (или n?p-переход) ? это область контакта двух полупроводников с разными типами проводимости.В полупроводнике n-типа основными носителями свободного заряда являются электроны; их концентрация значительно превышает концентрацию дырок (nn >> np). В полупроводнике p-типа основными носитялеми являются дырки (np >> nn). При контакте двух полупроводников n- и p-типов начинается процесс диффузии: дырки из p-области переходят в n-область, а электроны, наоборот, из n-области в p-область. В результате в n-области вблизи зоны контакта уменьшается концентрация электронов и возникает положительно заряженный слой. В p-области уменьшается концентрация дырок и возникает отрицательно заряженный слой. Таким образом, на границе полупроводников образуется двойной электрический слой, электрическое поле которого препятствует процессу диффузии электронов и дырок навстречу друг другу (рис. 4.14.1). Пограничная область раздела полупроводников с разными типами проводимости (так называемый запирающий слой) обычно достигает толщины порядка десятков и сотен межатомных расстояний. Объемные заряды этого слоя создают между p- и n-областями запирающее напряжение Uз, приблизительно равное 0,35 В для германиевых n?p-переходов и 0,6 В для кремниевых n?p-переход обладает удивительным свойствомодносторонней проводимости.Рисунок 4.14.1.Образование запирающего слоя при контакте полупроводников p- и n-типов Если полупроводник с n?p-переходом подключен к источнику тока так, что положительный полюс источника соединен с n-областью, а отрицательный ? с p-областью, то напряженность поля в запирающем слое возрастает. Дырки в p-области и электроны в n-области будут смещаться от n?p-перехода, увеличивая тем самым концентрации неосновных носителей в запирающем слое. Ток через n?p-переход практически не идет. Напряжение, поданное на n?p-переход в этом случае называют обратным. Весьма незначительный обратный ток обусловлен только собственной проводимостью полупроводниковых материалов, т. е. наличием небольшой концентрации свободных электронов в p-области и дырок в n-области.Если n?p-переход соединить с источником так, чтобы положительный полюс источника был соединен с p-областью, а отрицательный с n-областью, то напряженность электрического поля в запирающем слое будет уменьшаться, что облегчает переход основных носителей через контактный слой. Дырки из p-области и электроны из n-области, двигаясь навстречу друг другу, будут пересекать n?p-переход, создавая ток в прямом направлении. Сила тока через n?p-переход в этом случае будет возрастать при увеличении напряжения источника.Способность n?p-перехода пропускать ток практически только в одном направлении используется в приборах, которые называются полупроводниковыми диодами. Полупроводниковые диоды изготавливаются из кристаллов кремния или германия. При их изготовлении в кристалл c каким-либо типом проводимости вплавляют примесь, обеспечивающую другой тип проводимости.Полупроводниковые диоды используются в выпрямителях для преобразования переменного тока в постоянный. Типичная вольт-амперная характеристика кремниевого диода приведена на рис. 4.14.2.Рисунок 4.14.2.Вольт-амперная характеристика кремниевого диода. На графике использованы различные шкалы для положительных и отрицательных напряжений.Полупроводниковые диоды обладают многими преимуществами по сравнению с вакуумными диодами ? малые размеры, длительный срок службы, механическая прочность. Существенным недостатком полупроводниковых диодов является зависимость их параметров от температуры. Кремниевые диоды, например, могут удовлетворительно работать только в диапозоне температур от ?70 ?C до 80 ?C. У германиевых диодов диапазон рабочих температур несколько шире.Полупроводниковые приборы не с одним, а с двумя n?p-переходами называются транзисторами. Название происходит от сочетания английских слов: transfer ? переносить и resistor ? сопротивление. Обычно для создания транзисторов используют германий и кремний. Транзисторы бывают двух типов: p?n?p-транзисторы и n?p?n-транзисторы. Например, германиевый транзистор p?n?p-типа представляет собой небольшую пластинку из германия с донорной примесью, т. е. из полупроводника n-типа. В этой пластинке создаются две области с акцепторной примесью, т. е. области с дырочной проводимостью (рис. 4.14.3). В транзисторе n?p?n-типа основная германиевая пластинка обладает проводимостью p-типа, а созданные на ней две области ? проводимостью n-типа (рис. 4.14.4).Пластинку транзистора называют базой (Б), одну из областей с противоположным типом проводимости ? коллектором (К), а вторую ? эмиттером (Э). Обычно объем коллектора превышает объем эмиттера. В условных обозначениях разных структур стрелка эмиттера показывает направление тока через транзисторРисунок 4.14.3Транзистор структуры p?n?p. Рисунок 4.14.4.Транзистор структуры n?p?n.

Оба n?p-перехода транзистора соединяются с двумя источниками тока. На рис. 4.14.5 показано включение в цепь транзистора p?n?p-структуры. Переход ?эмиттер?база? включается в прямом (пропускном) направлении (цепь эмиттера), а переход ?коллектор?база? ? в запирающем направлении (цепь коллектора).