Заглавная страница Избранные статьи Случайная статья Познавательные статьи Новые добавления Обратная связь КАТЕГОРИИ: Археология Биология Генетика География Информатика История Логика Маркетинг Математика Менеджмент Механика Педагогика Религия Социология Технологии Физика Философия Финансы Химия Экология ТОП 10 на сайте Приготовление дезинфицирующих растворов различной концентрации Техника нижней прямой подачи мяча. Франко-прусская война (причины и последствия) Организация работы процедурного кабинета Смысловое и механическое запоминание, их место и роль в усвоении знаний Коммуникативные барьеры и пути их преодоления Обработка изделий медицинского назначения многократного применения Образцы текста публицистического стиля Четыре типа изменения баланса Задачи с ответами для Всероссийской олимпиады по праву Мы поможем в написании ваших работ! ЗНАЕТЕ ЛИ ВЫ? Влияние общества на человека Приготовление дезинфицирующих растворов различной концентрации Практические работы по географии для 6 класса Организация работы процедурного кабинета Изменения в неживой природе осенью Уборка процедурного кабинета Сольфеджио. Все правила по сольфеджио Балочные системы. Определение реакций опор и моментов защемления	Главная Избранные Случайная статья Познавательные Новые добавления Обратная связь FAQ Проводимость, возникающая в результате перемещения дырок, называется дырочной проводимостью, или р-n проводимостью. ⇐ ПредыдущаяСтр 3 из 3 Таким образом, при электронной проводимости один свободный электрон проходит весь путь в кристалле, а при дырочной проводимости большое число электронов поочередно замещают друг друга в ковалентных связях и каждый из них проходит свой отрезок пути. В кристалле чистого полупроводника при нарушении ковалентных связей возникает одинаковое число свободных электронов и дырок. Одновременно с этим происходит обратный процесс - рекомбинация, при которой свободные электроны заполняют дырки, образуя нормальные ковалентные связи. При определенной температуре число свободных электронов и дырок в единице объема полупроводника в среднем остается постоянным. При повышении температуры число свободных электронов и дырок сильно возрастает и проводимость германия значительно увеличивается. Электропроводность полупроводника при отсутствии в нем примесей называется его собственной электропроводностью. Свойства полупроводника в сильной степени меняются при наличии в нем ничтожного количества примесей. Вводя в кристалл полупроводника атомы других элементов, можно получить в кристалле преобладание свободных электронов над дырками или, наоборот, преобладание дырок над свободными электронами. Схема связи примесей с германием
а) пятивалентной (донорной)	б) трехвалентной (акцепторной)

Например, при замещении в кристаллической решетке атома германия атомом пятивалентного вещества (мышьяка, сурьмы, фосфора) четыре электрона этого вещества образуют заполненные связи с соседними атомами германия, а пятый электрон окажется свободным (изо, а), поэтому такая примесь увеличивает электронную проводимость (n -проводимость) и называется донорной.

При замещении атома германия атомом трехвалентного вещества (индий, галлий, алюминий) его электроны вступят в ковалентную связь с тремя соседними атомами германия, а связи с четвертым атомом германия будут отсутствовать, так как у индия нет четвертого электрона (изо, б).

Восстановление всех ковалентных связей возможно, если недостающий четвертый электрон будет получен от ближайшего атома германия. Но в этом случае на месте электрона, покинувшего атом германия, появится дырка, которая может быть заполнена электроном из соседнего атома германия.
Последовательное заполнение свободной связи эквивалентно движению дырок.

Примеси с меньшим числом валентных электронов в атоме по сравнению с атомом данного полупроводника вызывают преобладание дырочной проводимости и называются акцепторными.
Носители заряда, определяющие вид проводимости в примесном полупроводнике, называются основными (дырки в р -полупроводнике и электроны в n -полупроводнике), а носители заряда противоположного знака — неосновными.

Полупроводниковые диоды

Полупроводниковый диод (вентиль) представляет собой контактное соединение двух полупроводников, один из которых с электронной проводимостью (n -типа), а другой — с дырочной (р -типа, изо, а).

Вследствие большой концентрации электронов в полупроводнике n -типа будет происходить диффузия их из первого полупроводника во второй. Аналогично будет происходить диффузия дырок из второго полупроводника р -типа в первый n -типа.

В тонком пограничном слое полупроводника n -типа возникает положительный заряд, а в пограничном слое полупроводника р -типа - отрицательный заряд. Между этими слоями возникает разность потенциалов (потенциальный барьер) и образуется электрическое поле напряженностью Еп, которая препятствует диффузии электронов и дырок из одного полупроводника в другой.

 

Таким образом, на границе двух полупроводников возникает тонкий слой, обедненный носителями зарядов (электронов и дырок) и обладающий большим со-противлением. Этот слой называется запирающим p-n -пepeходом.

Вследствие теплового движения в электрическое поле р-n -перехода попадают неосновные носители зарядов (электроны из р -области и дырки из n -области).

Движение неосновных носителей зарядов под действием сил поля р-n-перехода направлено встречно диффузионному току основных носителей и называется дрейфовым или тепловым током, зависящим в сильной степени от температуры.

При отсутствии внешнего электрического поля дрейфовый ток уравновешивается диффузионным и суммарный ток через p-n -переход равен нулю.

Соединив положительный зажим источника питания с металлическим электродом полупроводника n -типа, а отрицательный зажим с электродом полупроводника р -типа, получим внешнее электрическое поле Ев, направленное согласно с полем
p-n -перехода Еп, усиливающее его (изо, б).

Такое поле еще больше будет препятствовать прохождению основных носителей зарядов через запирающий слой и через диод пройдет малый обратный ток Iобр, обусловленный неосновными носителями заряда.

Обратный ток диода в значительной мере зависит от температуры, увеличиваясь с ее повышением.
При изменении полярности источника питания (изо, в) внешнее электрическое поле Ев окажется направленным встречно полю p-n -перехода Еп и под действием
этого поля электроны и дырки начнут двигаться навстречу друг другу и число основных носителей заряда в переходном слое возрастет, уменьшая потенциальный барьер и сопротивление переходного слоя.
Таким образом, в цепи устанавливается прямой ток Iпр, который будет
значительным даже при относительно небольшом напряжении
источника питания U.

Вольтамперная характеристика германиевого диода и его условное обозначение

На изо показана вольтамперная характеристика германиевого диода и его условное обозначение. Для большей наглядности прямая ветвь (правая часть графика) и обратная ветвь (левая часть графика) характеристики изображены в различных масштабах.
Характеристика показывает, что при небольшом прямом напряжении Uпр=1В
на зажимах диода в его цепи проходит относительно большой ток, а при значительных обратных напряжениях Uобр ток Iобр ничтожно мал.

Таким образом, полупроводниковый диод обладает односторонней проводимостью,
т. е. является электрическим вентилем.
Электрические вентили бывают германиевые, кремниевые, селеновые и меднозакисные. Германиевые и кремниевые вентили изготовляют двух типов: точечные и плоскостные.

У точечного германиевого диода (изо, а) помещен кристалл германия 5 с электронной проводимостью, в который острием входит контактный пружинящий вывод анода 3. Под контактным острием в результате специальной термической обработки создается область с дырочной проводимостью.
В плоскостном германиевом диоде (изо, б) на пластину германия 5 с электронной проводимостью накладывается таблетка из индия, которая в процессе изготовления диода нагревается до 500°С и плавится так, что ее атомы диффундируют в германий, образуя область с дырочной проводимостью.
На границе двух областей (с электронной и дырочной проводимостью) появляется запирающий р-n -переход.
Как в точечном, так и в плоскостном диоде германий 5 припоем 4 укреплен на кристаллодержателе 6, к которому приварен вывод катода (нижний) 7.

Конструкция германиевого диода: а - точечного, б - плоскостного; 1 - изолятор, 2 - корпус, 3 - вывод анода, 4 - припой, 5 - кристалл, 6 - кристаллодержатель, 7 - внешние выводы.

Вывод анода 3 также припоем 4 укрепляется в области с дырочной проводимостью и выводится наружу в верхней части диода. Металлический корпус 2 сварен с кристаллодержателем 6 и стеклянным изолятором 1.

Кремниевые диоды отличаются от германиевых не только материалом полупроводника, но и некоторыми преимуществами, а именно: более высокой предельной температурой, много меньшим обратным током, более высоким пробивным напряжением.
Однако сопротивление кремниевого вентиля в прямом направлении значительно больше, чем германиевого.

Селеновый вентиль состоит из алюминиевого диска, с одной стороны покрытого слоем кристаллического селена, обладающего дырочной проводимостью, который служит одним электродом.
Другим электродом является нанесенный на селен слой сплава кадмия и олова, при диффузии из которого атомов кадмия в селен образуется слой, обладающий электронной проводимостью.

Селеновые вентили имеют значительно меньшие обратные напряжения (до 60 В) и плотности тока (0,1-0,2 А/см2), чем германиевые и кремниевые, так что их габариты и масса значительно больше.
Однако характеристики селеновых вентилей более стабильны, что позволяет соединять их последовательно и параллельно для увеличения обратных напряжений и прямых токов.
Кроме того, селеновые вентили обладают свойством самовосстановления, которое сводится к следующему: если через пробитую шайбу пропустить большой ток, то
селен нагревается и плавится, закрывая место пробоя и восстанавливая вентильное свойство диода.

Меднозакисный вентиль состоит из медного диска со слоем закиси меди, к которому прилегает для получения хорошего контакта свинцовый диск с латунным радиатором большого диаметра. Слой закиси меди образуется при термической обработке меди в атмосфере кислорода. Наружный слой закиси меди, полученный при избытке кислорода, обладает дырочной проводимостью, а слой закиси, полученной при недостатке кислорода,- электронной проводимостью. Между, этими двумя слоями закиси меди возникает р-n -переход.

Меднозакисные вентили имеют низкие обратные напряжения (10 В) и плотности тока (0,1 А/см2) и в преобразовательных устройствах не используются. Их применение ограничено измерительными приборами в силу стабильности их характеристик.

 

Транзисторы

Транзистором называется полупроводниковый прибор c двумя p-n -переходами, предназначенный для усиления и генерирования электрических колебаний и представляющий собой пластину кремния или германия, состоящую из трех областей.

Две крайние области всегда обладают одинаковым типом проводимости, а средняя - противоположной проводимостью. Транзисторы, у которых крайние области обладают электронной проводимостью, а средняя - дырочной проводимостью, называются транзисторами n-р-n - типа (изо, а); транзисторы, у которых крайние области обладают дырочной, а средняя электронной проводимостями - транзисторами р-n-р - типа (изо, б).

Физические процессы, происходящие в транзисторах двух типов, аналогичны и различие между ними заключается в том, что полярности включения источников питания их противоположны, а также в том, что если в транзисторе n-p-n - типа электрический ток создается в основном электронами, то в транзисторе р-n-р - типа - дырками. Смежные области, отделенные друг от друга p-n -переходами, называются эмиттером Э, базой Б и коллектором К.

Эмиттер является областью, испускающей (эмиттирующей) носители зарядов электронов в транзисторе n-p-n -типа и дырок в транзисторе р-n-р -типа, коллектор - область, собирающая носители зарядов, база - средняя область, основание.

В условиях работы транзистора к левому p-n -переходу прикладывается напряжение эмиттер - база Ua в прямом направлении, а к правому р-n -переходу - напряжение база - коллектор U K - в обратном.

Под действием электрического поля большая часть носителей зарядов из левой области (эмиттера), преодолевая p-n -переход, переходит в очень узкую среднюю область (базу). Далее большая часть носителей зарядов продолжает двигаться ко второму переходу и, приближаясь к нему, попадает в электрическое поле, созданное внешним источником U K.

Под влиянием этого поля носители зарядов втягиваются в правую область (коллектор), увеличивая ток в цепи батареи U K.
Если увеличить напряжение Uэ, то возрастет количество носителей зарядов, перешедших из эмиттера в базу, т. е. увеличится ток эмиттера на некоторую величину
Iэ. При этом также увеличится ток коллектора на величину I K.