Перехід метал – напівпровідник

 

У сучасних напівпровідникових приладах, крім контактів з ЕДП та гетеропереходами, використовують також контакти між металом і напівпровідником. Процеси в таких переходах залежать від співвідношення робіт виходу електронів з металу і напівпровідника. Відомо, що робота виходу визначається енергією, яку повинен витратити електрон, щоб вийти з металу або напівпровідника. Чим меншою є робота виходу, тим більше електронів може вийти з даного тіла.

Якщо контакт металу з напівпровідником ідеальний, відбувається дифузія електронів із матеріалу з меншою роботою виходу в матеріал з біль­шою роботою виходу.

 Якщо в контакті металу з напівпровідником n -типу (рис. 7.9, а) робота виходу електронів з металу А_м менша, ніж робота виходу з напівпровідника А _n то переважатиме вихід електронів з металу в напівпровідник. Тому в шарі напівпровідника поблизу межі накопичуються основні носії (електрони), і цей шар стає збагаченим, тобто в ньому збільшується концентрація електронів. Опір цього шару буде незначний за будь-якої полярності прикладеної напруги. Отже, такий перехід не має випрямних властивостей. Електричний перехід, опір якого не залежить від напряму струму в заданому діапазоні значень струмів, називають омічним переходом.

Такий же невипрямний перехід створюється в контакті металу з напівпровідником р -типу (рис. 7.9, б), якщо робота виходу електронів з напівпровідника менша, ніж з металу (А _p, < А_м), тобто у метал переходить більше електронів, ніж у зворотному напрямі. У приконтактному шарі напівпровідника також утворюється зона, збагачена основними носіями (дірками), і тому вона має малий опір.

Обидва типи невипрямних контактів широко використовують у напівпровідникових приладах для забезпечення електричних з'єднань напів­ровідника n і р -типу з металевими струмопровідними частинами напівпровідникового приладу.

 Опір омічних контактів має бути малим. Омічний перехід не повинен інжектувати неосновні носії заряду і мати стабільні електричні та механічні властивості. Для цього підбирають відповідні метали.

Протилежні властивості має перехід, показаний на рис. 7.9, в. Якщо в контакті металу з напівпровідником n -типу А _n < А_м, то електрони переходять переважно з напівпровідника в метал, а в межовому шарі напівпровідника утворюється ділянка, збіднена основними носіями, тобто запірний шар. На переході формується порівняно високий потенціальний

 

 

 

Рис. 7.9 - Контакт металу з напівпровідниками:

а - метал - напівпровідник n -типу за умови, що А_м < А_п;

б - метал - напівпровідник р -типу за умови, що А_р<А_м

в - метал - напівпровідник n -типу за умови, що А _n < А_м

 

бар'єр (бар'єр Шотткі), висота якого суттєво змінюватиметься залежно від полярності ввімкненої напруги. Такий перехід має випрямні властивості і використовується в діодах Шотткі. Важливо, що в цих контактах у металі, куди надходять електрони з напівпровідника, процеси накопичення та розосередження неосновних носіїв не відбуваються, що характерно для ЕДП.Подібні випрямні властивості має контакт металу з напівпровідником р -типу за умови, що А _n < А_р.

ГЕНЕРАТОРИ СИНУСОЇДАЛЬНИХ КОЛИВАНЬ

ПІДСИЛЮВАЧІ БЕЗПЕРЕРВНИХ СИГНАЛІВ

Принцип роботи підсилювача безперервних

Сигналів на лампі

 

Принцип роботи підсилювача показаний на графіках струмів і напруг на рис. 8.1. Коли U_вх= 0, через лампу протікає струм I_а0, обумовлений положенням робочої точки А на характеристиці. Такий стан лампи і підсилювача   називається  режимом  спокою.  Струм   I_а0   створює  на  резисторі R_а падіння напруги

 

.

 

Отже, напруга на аноді лампи буде дорівнювати

 

.

У режимі спокою струм I_а0, напруги U_Ra і U_а0 не змінюється.Якщо в момент часу t₁ на вхід підсилювача подається змінна напруга              U_вх=U_{m вх}· sin ωt, та напруга U_СК на ділянці сітка-катод буде змінюватися, тому що

.

 

Під дією цієї напруги анодний струм лампи буде змінюватися так, як показано на рис. 8.1.Амплітуда цього струму дорівнює величині I_ma. Таким чином, анодний струм лампи має постійну і змінну складові.

Постійна складова струму проходить по ланцюгу:   +Е_а→R_а→(анод-катод) лампи R_К→ ┴ →-Е_К. Змінна складова анодного струму проходить по колу: (анод-катод)→С_К→┴→С_бл→R_а→анод.

Тоді напругу на аноділампи можна записати наступним співвідношенням:

де i_аR_а - змінна складова анодної напруги, що виділяється на резисторі R_а при протіканні по ньому струму.

Змінна складова анодної напруги через конденсатор С_Р 2 передається на вихід підсилювача і називається вихідною напругою U_вих.

Коли на вхід підсилювача надходить позитивна напівхвиля синусоїдальної напруги (t₁-t₂), та напруга на аноді лампи зменшується. Конденсатор С_Р 2 буде розряджатися по колу:                                   +С_Р 2 →(анод-катод) лампи→R_К→R_вх→-С_Р 2.

За рахунок струму розряду конденсатора С_Р 2на резисторі R_вх створюється напруга негативної полярності.

Розряд конденсатора С_Р 2 буде проходити від моменту часу t₁ до моменту часу t₂.

Від моменту часу t₂ до t₃ на вхід надходить негативна на півхвиля вхідної напруги й анодний струм буде зменшуватися, напруга на аноді збільшуватися, а конденсатор С_Р 2 буде заряджатися по колу: +Е_а→R_а→С_Р 2 →R_вх→корпус→-Е_а.

На резисторі R_вх виділяється напруга позитивної полярності.

Перехідне коло С_Р 2, R_вх забезпечує передачу на вхід наступного каскаду (на вихід підсилювача) тільки зміну напруги на аноді лампи.

 

 

 

 

Рис. 8.1 - Графіки, що пояснюють принцип підсилення

безперервних сигналів

Таким чином

 

.

 

Знак (-) показує, що фаза напруги на виході підсилювача протилежна фазі напруги на вході.

Амплітуда вихідної напруги, що дорівнює U_mвих=I_ma·R_а при визначеному виборі елементів схеми (Е_а, U_зс, R_а) може бути значно більше амплітуди вихідної напруги.

Відношення  називається коефіцієнтом підсилення напруги. У цьому і полягає принцип посилення електричних сигналів у лампових підсилювачах. Це порозумівається властивостями електронної лампи, завдяки яким за допомогою слабких електричних сигналів, що подаються на сітку лампи підсилювача, можна керувати струмом в анодному колі лампи й одержувати на навантаженні більш потужні коливання, ніж вхідний сигнал. Це можливо тому, що керуюча сітка лампи знаходиться значно ближче до катода ніж анод, і її вплив на анодний струм великий.

Роль резистора навантаження R_а полягає в тому, що, завдяки йому, напруга на аноді лампи змінюється відповідно до закону зміни вхідного сигналу, що забезпечує підсилення.

Якщо опір резистора R_а дорівнює нулю, на аноді лампи буде постійна напруга U_а=Е_а. Зміни напруги на аноді лампи не буде, а отже, не буде підсилення (U_вих= 0).