Основные электрофизические явления в полупроводниковых материалах. Общая характеристика и классификация полупроводниковых приборов (ппп) и устройств (ппу) на их базе.

Полупроводник n-типа

 

Для получения полупроводника с электронной электропроводностью в чистый полупроводник – германий или кремний – вводят небольшое количество элемента пятой группы периодической системы элементов. Атомы введенной примеси взаимодействуют с атомами германия только четырьмя своими электронами (рис. 5), образуя прочные парноэлектронные связи с четырьмя соседними атомами германия. Пятый валентный электрон, например атома мышьяка, в образовании парноэлектронной связи не участвует. Поэтому он оказывается слабо связанным со своим атомом и может быть легко оторван от него. В результате он превращается в свободный электрон, который может свободно перемещаться в объеме полупроводника, создавая электронную проводимость. Атом мышьяка, потерявший один электрон, превращается в положительный ион, который оказывается неподвижным, так как он прочно удерживается в узле кристаллической решетки парноэлектронными связями.

 

Рис. 5

 

Подвижные носители зарядов, концентрация которых в данном полупроводнике преобладает, называются основными носителями зарядов.

Элементы, атомы которых отдают свои электроны, создавая в полупроводнике избыток свободных электронов, называются донорами.

В полупроводнике с донорными примесями электроны являются основными носителями зарядов, а дырки – не основными.

Проводимость, обусловленная наличием в полупроводнике избыточных свободных электронов, называется электронной проводимостью.

Полупроводник, в котором основными носителями зарядов являются электроны, называется электронным полупроводником или полупроводником n - типа.

 

Полупроводник р-типа

 

 

Для получения полупроводника с дырочной электропроводностью в кристалл чистого германия вводят примеси трехвалентных элементов. При этом три валентных электрона, например индия, образуют три парноэлектронные связи с соседними атомами германия (рис.6). В результате теплового движения электрон одного из соседних атомов германия может перейти в незаполненную связь атома индия. В атоме германия появится одна незаполненная связь – дырка (рис. 6). Захваченный атомом индия, четвертый электрон образует парноэлектронную связь и прочно удерживается атомом индия. Атом индия становится при этом неподвижным отрицательным ионом.

 

Рис.6.

 

Примеси, атомы которых захватывают и прочно удерживают электроны атомов полупроводника, называются акцепторными или акцепторами.

Проводимость, обусловленная наличием в полупроводнике избытка подвижных дырок, т. е. превышением их концентрации над концентрацией электронов, называется дырочной проводимостью или проводимостью р - типа.

Основными носителями зарядов в полупроводнике с акцепторной примесью являются дырки, а не основными – электроны.

Полупроводники, в которых основными носителями зарядов являются дырки, называются дырочными полупроводниками или полупроводниками р - типа.

 

Электронно-дырочный переход (p - n - переход)

 

При технологическом соединении полупроводников n-типа и p-типа электропроводности на границе соединения образуется электронно - дырочный переход, называемый p-n - переходом (рис.7).

 

Рассмотрим процесс образования p-n - перехода.

 

Пусть внешнее напряжение на переходе отсутствует. Так как носители зарядов в каждом полупроводнике совершают беспорядочное тепловое движение, то происходит их диффузия из одного полупроводника в другой. Из полупроводника n - типа в полупроводник р-типа диффундируют электроны, а в обратном направлении из полупроводника р - типа в полупроводник n - типа диффундируют дырки (рис.7). В результате диффузии носителей зарядов по обе стороны границы раздела двух полупроводников с различным типом электропроводности создаются объемные заряды различных знаков. В области n возникает положительный объемный заряд, который образован положительно заряженными атомами донорной примеси. Подобно этому в области р возникает отрицательный объемный заряд, образованный отрицательно заряженными атомами акцепторной примеси.

 

Рис. 7.

 

Между образовавшимися объемными зарядами возникают так называемая контактная разность потенциалов: u_K = φ_n – φ_p и электрическое поле, направленное от n- области к p- области.

Как видно, в p-n - переходе возникает потенциальный барьер, который препятствует диффузии основных носителей зарядов.

Высота потенциального барьера равна контактной разнице потенциалов и обычно составляет десятые доли вольта. Высота потенциального барьера возрастает при увеличении концентрации примесей в соответствующих областях, при этом толщина p-n-перехода d уменьшается. Для германия, например, при средней концентрации примесей u_K = 0,3 – 0,4 В и d = 10^-4 – 10^{-5 см, а при больших концентрациях –} u_К ≈ 0,7 В и d = 10^{-6 см. С увеличением температуры высота потенциального барьера уменьшается.}

Одновременно с диффузионным перемещением основных носителей через границу происходит и обратное перемещение носителей под действием электрического поля контактной разности потенциалов. Такое перемещение не основных носителей зарядов называется дрейфовым.

При отсутствии внешнего электрического поля через p-n-переход протекают два тока: ток диффузии и ток дрейфа. Ток диффузии и ток дрейфа через p-n-переход протекают навстречу друг другу и взаимно компенсируются. Суммарный ток через p-n-переход равен нулю.

При образовании контактной разности потенциалов по обе стороны границы раздела полупроводников образуется слой с пониженной концентрацией основных носителей зарядов. Он обладает повышенным сопротивлением и называется запирающим слоем. Толщина его несколько микрон.

 

 

Прямое и обратное включение p-n - перехода.

 

 

 

Рис. 8

 

Внешнее напряжение U, приложенное плюсом к p- области p-n- перехода, а минусом к n- области, называется прямым напряжением U_пр. (рис.8) Если к p-n- переходу приложено внешнее прямое напряжение U_пр, то создаваемое им внешнее электрическое поле E_пр оказывается направленным навстречу электрическому полю p-n-перехода –E_к. В результате этого высота потенциального барьера понижается на величину внешнего напряжения. Одновременно уменьшается толщина запирающего слоя (d_пр < d) и его сопротивление в прямом направлении становится малым. Так как высота потенциального барьера понижается, возрастает диффузионный ток, так как большее число носителей зарядов может преодолеть пониженный барьер. Ток дрейфа при этом почти не изменяется, так как он зависит главным образом от числа не основных носителей, попадающих за счет своих тепловых скоростей на p-n- переход из p- и n- областей.

При прямом напряжении I_диф > I_др и поэтому полный ток через переход т.е. прямой ток, уже не равен нулю:

I_пр = I_диф − I_др > 0.

Ток, протекающий через p-n-переход под действием приложенного к нему прямого внешнего напряжения, называется прямым током. Протекающий через p-n- переход прямой ток направлен из p- области в n- область.

Введение носителей зарядов через p-n-переход при действии прямого внешнего напряжения в область полупроводника, где эти носители являются не основными, называется инжекцией.

 

Внешнее напряжение, приложенное “плюсом“ источника питания к n- области p-n-перехода, а “минусом“ к p- области называется обратным. (рис.9)

Рис.9

 

Под действием обратного напряжения U_обр через переход протекает очень небольшой обратный ток I_обр, что объясняется следующим образом. Поле, создаваемое обратным напряжением E_обр, складывается с полем контактной разности потенциалов E. В результате этого потенциальный барьер повышается, а толщина самого запирающего слоя увеличивается (d_обр > d). Этот слой еще сильнее обедняется носителями, и его сопротивление значительно возрастает, т. е. R_обр >> R_пр.

Внешнее поле оттягивает основные носители зарядов от p-n-перехода. Перемещение свободных носителей зарядов через p-n-переход уменьшается, и при обратном напряжении, равном U_обр = 0,2В, ток диффузии через переход прекращается, т.е. I_диф = 0, так как собственные скорости носителей недостаточны для преодоления потенциального барьера. Однако не основные носители будут перемещаться через p-n-переход, создавая ток, протекающий из n-области в p-область (обратный ток I_обр). Он является дрейфовым током (током проводимости) не основных носителей через p-n-переход. Значительное электрическое поле, создаваемое обратным напряжением, перебрасывает через p-n- переход любой не основной носитель заряда, появившийся в этом поле.

Выведение не основных носителей через p-n- переход электрическим полем, созданным обратным напряжением, называют экстракцией носителей зарядов.

Таким образом, p-n-переход пропускает ток в одном направлении – прямом, и не пропускает ток в другом направлении – обратном, что определяет вентильные свойства p-n - перехода.

 

ВАХ p-n - перехода.

Вольтамперной характеристикой (ВАХ) p-n - перехода называется зависимость тока, протекающего через p-n-переход от приложенного внешнего напряжения I = f(U) (рис.7).

 

Рис. 10 – Вольтамперная характеристика p-n-перехода: 1 – прямая ветвь; 2 – обратная ветвь при лавинном пробое; 3 – обратная ветвь при тепловом пробое

 

Прямую 1 и обратную 2 ветви ВАХ изображают в различном масштабе, поскольку в нормальном режиме работы p-n- перехода обратный ток на несколько порядков меньше прямого.

При достижении обратным напряжением некоторой критической величины U_проб происходит резкое уменьшение сопротивления p-n- перехода. Это явление называется пробоем p-n-перехода, а соответствующее ему напряжение – напряжением пробоя. Различают электрический и тепловой пробой. Электрический пробой (участок АБВ характеристики) является обратимым, т. е. при этом пробое в переходе не происходит необратимых изменений (разрушения структуры вещества). Могут существовать два вида электрического пробоя: лавинный и туннельный.

Лавинный пробой объясняется лавинным размножением носителей за счет ударной ионизации и за счет вырывания электронов из атомов сильным электрическим полем. Этот пробой характерен для p-n - переходов большой толщины, получающихся при сравнительно малой концентрации примесей в полупроводниках. Пробивное напряжение для лавинного пробоя составляет десятки или сотни вольт.

Явление ударной ионизации состоит в том, что при более высоком обратном напряжении электроны приобретают большую скорость и, ударяя в атомы кристаллической решетки, выбивают из них новые электроны, которые, в свою очередь, разгоняются полем и также выбивают из атомов электроны. Такой процесс усиливается с повышением напряжения.

Туннельный пробой объясняется явлением туннельного эффекта. Сущность последнего состоит в том, что при поле напряженностью более 10⁵В/см, действующем в p-n-переходе малой толщины, некоторые электроны проникают через переход без изменения своей энергии. Тонкие переходы, в которых возможен туннельный эффект, получаются при высокой концентрации примесей. Напряжение, соответствующее туннельному пробою, обычно не превышает единиц вольт.

Области теплового пробоя соответствует на рис. участок ВГ. Тепловой пробой необратим, т.к. он сопровождается разрушением структуры вещества в месте p-n-перехода. Причиной теплового пробоя является нарушение устойчивости теплового режима p-n- перехода. Это означает, что количество теплоты, выделяющейся в переходе от нагрева его обратным током, превышает количества теплоты, отводимой от перехода. В результате температура перехода возрастает, сопротивление его уменьшается и ток увеличивается, что приводит к перегреву перехода и его тепловому разрушению.

 

 

Классификация ППП

Полупроводниковые резисторы.	Полупроводниковые диоды.	Полупроводниковые триоды – транзисторы	Тиристоры.
Зависимость электрического сопротивления полупроводниковых приборов от: - температуры– терморезистор (термистор, позистор) - освещенности (фоторезистор) - механических напряжений (тензорезистор) - напряжения – варистор - линейный резистор	- выпрямительный - стабилитрон, стабистор - стабилитрон двуханодный - туннельный   - обращенный - варикап - светодиод - диод Шоттки - фотодиоды   - фотоэлемент	Биполярные транзисторы транзистор р – n – p транзистор n – p – n Полевые транзисторы - с управляющим переходом. р-канальный n-канальный - с изолированным затвором с индуцированным каналом n-типа с индуцированным каналом р-типа со встроенным n-каналом со встроенным р-каналом   фототранзистор	- диодные (динисторы) несимметричный диодный тиристор симметричный диодный тиристор - триодные (тринисторы) несимметричный триодный тиристор с управлением по аноду с управлением по катоду - симметричный триодный тиристор выключаемый с управлением по катоду фототиристор

ПОЛУПРОВОДНИКОВЫЕ РЕЗИСТОРЫ

Терморезисторы

 

Для изготовления терморезисторов применяются полупроводниковые материалы, являющиеся смесью оксидов некоторых металлов — титана, магния, никеля, лития, марганца, кобальта. Полупроводниковое вещество помещается в металлический защитный чехол, в котором имеются изолированные выводы для включения терморезистора в электрическую цепь. Некоторые терморезисторы не имеют специальной защитной оболочки, полупроводниковый материал в них лишь покрыт слоем лака. Изменение сопротивления терморезисторов при нагревании или охлаждении позволяет использовать их в приборах для измерения температуры, для поддержания постоянной температуры в автоматических устройствах — в закрытых камерах-термостатах.

Различают два типа терморезисторов: термистор, сопротивление которого с ростом температуры падает (с отрицательным температурным коэффициентом сопротивления ТКС), и позистор, у которого сопротивление с повышением температуры возрастает (с положительным ТКС).

 

Температурные характеристики терморезистора:

Тензорезистор

 

 

Тензорезисторы широко используются в качестве чувствительного элемента является основной составной частью датчиков, применяющихся для косвенного измерения силы, давления, веса, механических напряжений, крутящих моментов, давления. Основной элемент полупроводникового тензодатчика – сверхтонкая прямоугольная плёнка монокристалла кремния, прикреплённая для удобства обращения к подложке.

Деформационная характеристика – это зависимость относительного изменения сопротивления тензорезистора от относительной деформации.

 

Варистор

 

 

Варистор - нелинейный прибор, который имеет симметричную вольт-амперную характеристику, аналогичную характеристике стабилитрона.

Варисторы используются для создания низкочастотных фильтров, необходимых для высокоскоростных линий передачи данных; для защиты от импульсных воздействий напряжения, для шумопоглощения радио/электромагнитных помех.

Варистор в состоянии покоя имеет высокое сопротивление (несколько МОм) по отношению к защищаемому прибору и не изменяет характеристику электрической цепи. При превышении напряжения варистор имеет низкое сопротивление (всего несколько Ом) и фактически шунтирует защищаемый прибор. Таким образом, варистор является основным элементом для производства устройств защиты от импульсных перенапряжений.

 

Вольт-амперная характеристика варистора:

Фоторезистор

 

Используются для регистрации излучения.

 

Электрическое сопротивление полупроводниковых кристаллов изменяется не только при их нагревании, но и при освещении. При увеличении освещения электрическое сопротивление полупроводниковых материалов уменьшается. Это означает, что энергия, необходимая для освобождения электронов и дырок, может быть передана им светом, падающим на кристалл. Приборы, в которых используется свойство полупроводниковых кристаллов изменять свое электрическое сопротивление при освещении светом, называются фоторезисторами. Фоторезисторы изготавливаются в виде тонких слоев полупроводникового вещества, нанесенных на подложку изолятора. Материалами для изготовления фоторезисторов служат соединения типа CdS, CdSe, PbS и ряд других.

Световая (люкс-амперная), характеризующая зависимость фототока от падающего светового потока постоянного спектрального состава.

Iф — фототок, равный разности токов в темноте и на свету;

Спектральная характеристика определяется материалом, используемым для изготовления светочувствительного элемента.

 

ПОЛУПРОВОДНИКОВЫЕ ДИОДЫ

 

(от др.-греч. ди — два и –од – путь)

Выпрямительный диод.

 

 

Выпрямительный диод служит для выпрямления переменного тока.

Полупроводниковые диоды используют свойство односторонней проводимости p-n перехода — контакта между полупроводниками с разным типом примесной проводимости, либо между полупроводником и металлом (Диод Шоттки - Диод с малым падением напряжения при прямом включении.

).

 

Область p-типа диода является анодом, а область n-типа — катодом.

Вольт-амперная выпрямительного диода:

 

Если к диоду подключить источник питания так, чтобы вывод положительного полюса был соединен с анодом, а вывод отрицательного полюса с катодом диода (рис а), тогда в образовавшейся электрической цепи появится ток, о чем будет сигнализировать загоревшаяся лампа. Такое состояние диода называют открытым, ток, текущий через него,— прямым током Iпр, а поданное на него напряжение, благодаря которому диод оказался в открытом состоянии,— прямым напряжением Uпр.

Если полюсы источника питания поменять местами, как показано на рис. б, то лампа не загорится, так как в этом случае диод находится в закрытом состоянии и оказывает току в цепи большое сопротивление. Небольшой ток через p-n переход диода в обратном направлении все же пойдет, но по сравнению с прямым током будет столь незначительным, что нить накала лампы даже не среагирует. Такой ток называют обратным током Iобр, а напряжение, создающее его,— обратным напряжением Uобр.

 

Важными параметрами, характеризующими свойства диода, являются статическое и дифференциальное сопротивление p-n-перехода.

 

Если к нелинейному элементу приложить постоянные напряжения, то он будет характеризоваться статическими параметрами.

Для диода статическое сопротивление определяется просто как отношение приложенного напряжения к соответствующему току.

 

.

 

Дифференциальное сопротивление равно отношению приращения падения напряжения на диоде к приращению тока через диод:

.

 

 

СПЕЦИАЛЬНЫЕ ТИПЫ ДИОДОВ

- Стабилитроны (диод Зенера).

 

Предназначен для стабилизации напряжения источника питания.

Используют обратную ветвь характеристики диода с обратимым пробоем для стабилизации напряжения.

При рассмотрении вольт-амперной характеристики полупроводникового диода видно, что в области электрического пробоя имеется участок, который может быть использован для стабилизации напряжения. Такой участок у кремниевых плоскостных диодов соответствует изменениям обратного тока в широких пределах. При этом до наступления пробоя обратный ток очень мал, а в режиме пробоя, в данном случае в режиме стабилизации, он становится такого же порядка, как и прямой ток.

 

 

Основные параметры стабилитронов:

Напряжение стабилизации – напряжение на стабилитроне при про-текании через него тока стабилизации;

Ток стабилизации – значение постоянного тока, протекающего через стабилитрон в режиме стабилизации;

Дифференциальное сопротивление стабилитрона – дифференциальное сопротивление при заданном значении тока стабилизации;

Температурный коэффициент напряжения стабилизации – отношение относительного изменения напряжения стабилизации стабилитрона к абсолютному изменению температуры окружающей среды при постоянном значении тока стабилизации:

- Стабисторы. При работе используется участок ветви вольт-амперной характеристики, соответствующий «прямому напряжению» на диоде.

- Туннельные диоды

 

Применяются как усилители, генераторы.

Диоды, существенно использующие квантовомеханические эффекты. Имеют область т. н. «отрицательного сопротивления» на вольт-амперной характеристике.

Для изготовления туннельных диодов используют полупроводниковый материал с очень высокой концентрацией примесей, вследствие чего получается малая толщина p-n-перехода, и сквозь тонкий потенциальный барьер возможно туннелирование свободных носителей заряда.

Параметрами туннельных диодов являются:

Пиковый ток I_п – значение прямого тока в точке максимума вольт-амперной характеристики;

Ток впадины I_в – значение прямого тока в точке минимума вольт-амперной характеристики;

Отношение токов I_п/ I_в – (для туннельных диодов из отношение, для германиевых);

Напряжение пика – значение прямого напряжения, соответствующее пиковому току;

Напряжение впадины – значение прямого напряжения, соответствующее току впадины;

Напряжение раствора – значение прямого напряжения на второй восходящей ветви, при котором ток равен пиковому току.

 

- Варикап

Применяются в качестве конденсаторов переменной ёмкости. Это обратносмещенный полупроводниковый диод. Запертый p-n-переход варикапа обладает большой ёмкостью, причём ёмкость зависит от обратного напряжения.

Основные параметры варикапов:

Номинальная ёмкость – ёмкость между выводами, измеренная при заданном обратном напряжении;

Добротность варикапа – отношение реактивного сопротивления варикапа на заданной частоте к сопротивлению потерь при заданной ёмкости или обратном напряжении;

Коэффициент перекрытия по ёмкости – отношение максимальной ёмкости варикапа к его минимальной ёмкости при двух заданных значениях обратного напряжения.

Температурный коэффициент ёмкости – относительное изменение ёмкости варикапа, приходящееся на один градус изменения температуры окружающей среды.

- Светодиоды (диоды Генри Раунда).

 

 

Используются для индикации. В отличие от обычных диодов, при рекомбинации электронов и дырок в переходе излучают свет в видимом диапазоне, а не в инфракрасном. Однако, выпускаются светодиоды и с излучением в ИК диапазоне, а с недавних пор - и в УФ.

 

- Полупроводниковые лазеры.

 

По устройству близки к светодиодам, однако имеют лазерный резонатор, излучают когерентный свет.

- Фотодиод.

 

Используется в оптоэлектронике. Фотодиод представляет собой полупроводниковый фотоэлектрический прибор, содержащий p-n-переход, и использующий явление внутреннего фотоэффекта.

Фотодиод можно использовать в двух различных включениях: фотодиодном и фотогальваническом.

Фотогальваническое включение предполагает использование фотодиода как источника фотоЭДС, поэтому в настоящее время его называют полупроводниковый фотоэлемент.

 

 

При фотодиодном включении фотодиод работает с внешним источником U, который по отношению к затенённому фотодиоду включен в обратном, запирающем направлении, и следовательно, при отсутствии освещения ток в цепи практически отсутствует. При освещении фотодиода появляется фотоЭДС E_Ф, которая по отношению к источнику U включена последовательно и согласно и в цепи нагрузки появляется ток, пропорциональный световому потоку Ф.

 

 

- Солнечный элемент

Это источник фотоЭДС. Падающий на p-n-переход свет вызывает движение электронов и генерацию тока.

Каждый элемент производит немного энергии, поэтому для обеспечения электроснабжения в достаточном объеме необходимы батареи таких соединенных друг с другом элементов. Элемент состоит из тонкого слоя полупроводникового материала, обычно кремния. В некоторых солнечных элементах применяют другой полупроводник - арсенид галлия. Они менее эффективны, чем кремниевые, но могут работать при гораздо более высоких температурах.

 

- Диоды Ганна.

 

Используются для генерации и преобразования частоты в СВЧ диапазоне.

 

Кроме вышеперечисленных элементов, нашли применение:

- Лавинно-пролётный диод. основанный на лавинном умножении носителей заряда. Лавинно-пролетные диоды применяются в основном для генерации колебаний в диапазоне СВЧ.

- Магнитодиод. Диод, вольт-амперная характеристика которого существенно зависит от значения индукции магнитного поля и расположения его вектора относительно плоскости p-n-перехода.

- Смесительный диод — предназначен для перемножения 2-ух высокочастотных сигналов.

- pin диод — содержит область собственной проводимости между сильнолегированными областями. Используется в СВЧ-технике, силовой электронике, как фотодетектор.

 

БИПОЛЯРНЫЕ ТРАНЗИСТОРЫ

 

Определение " биполярный " указывает на то, что работа транзистора связана с процессами, в которых принимают участие носители заряда двух типов - электроны и дырки.

 

Биполярный транзистор представляет собой пластину полупроводника с тремя чередующимися областями разной электропроводности (рис. 1), которые образуют два р - n перехода. У каждой области свой контактный вывод. Если в крайних областях преобладает дырочная электропроводность, а в средней электронная (рис. 1, а), то такой прибор называют транзистором структуры p - n - р. У транзистора структуры n - p - n, наоборот, по краям расположены области с электронной электропроводностью, а между ними - область с дырочной электропроводностью (рис. 1, б).

 

 

 

а б

Рис. 1 Схематическое устройство и графическое обозначение на схемах транзисторов структуры p-n-p и n-p-n.

 

 

Общую (среднюю) область транзистора называют базой, одну крайнюю область - эмиттером, вторую крайнюю область - коллектором. Это три электрода транзистора.

Существуют сплавной и диффузионно - сплавной способы изготовления транзисторов.

Схематическое устройство и конструкция сплавного транзистора показана на (рис. 2). Прибор собран на металлическом диске диаметром менее 10 мм. Сверху к этому диску приварен кристаллодержатель, являющийся внутренним выводом базы, а снизу - ее наружный проволочный вывод. Внутренние выводы коллектора и эмиттера приварены к проволочкам, которые впаяны в стеклянные изоляторы и служат внешними выводами этих электродов. Цельнометаллический колпак защищает прибор от механических повреждений и влияния света.

 

Рис. 2 Устройство и конструкция сплавного транзистора

структуры p - n - p.

 

Коллектором диффузионно - сплавного транзистора служит пластина исходного полупроводника. На поверхность пластины наплавляют очень близко один от другого два маленьких шарика примесных элементов. Во время нагрева до строго определенной температуры происходит диффузия примесных элементов в пластинку полупроводника. При этом один шарик (на рис. 3 - правый) образует в коллекторе тонкую базовую область, а второй (на рис. 3 - левый) эмиттерную область. В результате в пластине исходного полупроводника получаются два р - n перехода, образующие транзистор структуры р - n - р.

 

 

Рис. 3 Устройство и конструкция

диффузионно – сплавного транзистора структуры p - n - p.

 

Рис. 7.

Условное графическое изображение полевого транзистора с изолированным затвором со встроенным каналом n и р-типа (рис. 7, в,г); с индуцированным каналом n и р-типа – рис. 7, а,б.

 

 

Схематическое устройство полевого транзистора с изолированным затвором со встроенным каналом n-типа показано на (рис. 8).

 

 

 

Рис. 8.

 

Транзистор представляет собой монокристалл полупроводника; обычно кремния, где создана электропроводность какого-либо типа, в рассматриваемом случае p -типа. В нем созданы две области с электропроводностью противоположного типа (в нашем случае n -типа), которые соединены между собой тонким приповерхностным слоем этого же типа проводимости. От этих двух зон сформированы электрические выводы, которые называют истоком и стоком. На поверхности канала имеется слой диэлектрика (обычно диоксида кремния ) толщиной порядка , а на нем методом напыления наносится тонкая металлическая пленка, от которой также делается электрический вывод – затвор. Иногда от основания (называемого подложкой (П)) также делается вывод, который накоротко соединяют с истоком.

Если в отсутствии напряжения на затворе приложить между истоком и стоком напряжение U_СИ любой полярности, то через канал потечет ток, представляющий собой поток электронов. Через подложку ток не потечет, так как один из p-n -переходов будет находиться под действием обратного напряжения.

При подаче на затвор отрицательного напряжения относительно истока, а, следовательно, и кристалла, в канале возникает поперечное электрическое поле, которое будет выталкивать электроны из области канала в основание. Канал обедняется основными носителями – электронами, его сопротивление увеличивается, и ток стока уменьшается. Чем больше отрицательное напряжение на затворе, тем меньше этот ток. Такой режим называется режимом обеднения.

При подаче на затвор положительного напряжения, относительно истока, направление поперечного электрического поля изменится на противоположное, и оно будет, наоборот, притягивать электроны из областей истока и стока, а также из кристалла полупроводника. Проводимость канала увеличивается, и ток стока возрастает. Такой режим называется режимом обогащения.

 

 

Полевой транзистор - тоже трехэлектродный прибор. Поэтому его, как и биполярный транзистор, включать в усилительный каскад можно тремя способами: по схеме общего стока (ОС), по схеме общего истока (ОИ) и по схеме общего затвора (ОЗ). В радиолюбительской практике применяют в основном только первые два способа включения, позволяющие с наибольшей эффективностью использовать полевые транзисторы.

 

ТИРИСТОРЫ

 

Тиристоры получили применение в силовой электронике. Например, в выпрямительных устройствах, инверторах, преобразователях частоты.