Удосконалення методики викладання теми "Електричний струм у напівпровідниках" в загальноосвітній школі, страница 4

утворюються в приконтактній області за одиницю часу. Основні ж носії (дірки, що рухаються справа наліво, і електрони, що рухаються зліва направо) утворюють струм і₀, напрямлений протилежно, тобто від/? до п. З рис. 1.4.1,а видно, що контактне поле перешкоджає рухові основних носіїв, які повинні перемагати потенціальний бар'єр. У стані рівноваги встановлюється така висота потенціального бар'єра (контактна різниця), при якій повний струм

Подивимось тепер, що відбуватиметься при наявності струму через контакт. Припустимо, що до контакту ми приклали напругу такого знака, що на n-області є негативний потенціал і на р-області — позитивний (рис. 1.4.1,6). Тоді енергія електронів в л-області збільшиться, а в р-області зменшиться, а отже, висота потенціального бар'єра буде менша. При цьому струм неосновних носіїв і_н, як було зазначено вище, не зміниться. Струм же основних носіїв і₀ збільшиться, тому що тепер більша кількість електронів зможе перемогти потенціальний бар'єр і перейти зліва направо і більша кількість дірок — перейти в протилежному напрямі. Внаслідок цього через контакт проходитиме струмнапрямлений від р до n; величина струму швидко зростатиме із збільшенням прикладеної напруги[3].

Інше буде, коли до n-області приєднати позитивний полюс джерела струму, а до р-області — негативний (рис. 1.4.1в). У цьому випадку висота потенціального бар'єра збільшиться, а струм основних носіїв і_о зменшиться. Вже при напругах порядку 1 в цей струм практично дорівнюватиме нулю, і тому через кон-неосновних носіїв і_н, величина якого дуже мала.

На підставі викладеного залежність величини струму від напруги (вольт-амперна характеристика) для контакту двох напівпровідників (р — n-переходу) має вигляд, зображений на рис. 1.4.2. Коли струм напрямлений від р- до n-області, величина струму велика і швидко зростає із збільшенням напруги, а отже, контакт для такого напряму струму (прохідний напрям струму) має малий опір Якщо струм напрямлений від п- до р-області, величина струму дуже мала і майже не залежить від напруги. Для цього напряму струму (запірний напрям)

контакт має великий опір. Таким чином, контакт двох напівпровідників має

односторонню провідність або вентильну властивість і має внаслідок цього нелінійну вольт-амперну характеристику. При вмиканні в коло змінного струму такі контакти діють як випрямлячі[7].

Аналогічні явища відбуваються і в контактах напівпровідників з металами, які також мають односторонню провідність і нелінійну характеристику.

Коли прикладена обернена напруга стає досить великою, в контакті відбувається ряд додаткових явищ, спричинених нагріванням контакту і дією сильного електричного поля, зосередженого в переході. Це веде до швидкого збільшення зворотних струмів, які руйнують випрямляльний перехід («пробій»)

Якщо електронно-дірчастий перехід виготовити з кристала напівпровідника, наприклад германію, що містить дуже велику кількість донорів або акцепторів ( см'³ і вище), то в такому сильно легованому кристалі  ширина р—n-переходу  стає  дуже  малою  (см).   При  цьому виникають нові явища, і початкова частина прямої вітки вольт-амперної характеристики набирає вигляду, при якому в деякій області напруг характеристика стає спадною, тобто величина струму зменшується при збільшенні напруги. Така незвичайна залежність величини струму від напруги добре пояснюється сучасною квантовою теорією твердого тіла і зв'язана, з одного боку, з особливостями енергетичного спектра електронів у кристалах, а з другого — з існуванням так званого квантово-механічного тунельного ефекту.

1.5.Застосування напівпровідників.

За останні десятиріччя напівпровідники настільки поширились, що неможливо знайти галузь науки, техніки або побуту, в якій би не застосовувались ті або інші напівпровідникові прилади. З використанням напівпровідників виготовляються електронно-обчислювальні машини і мініатюрні радіоприймачі, сонячні батареї для живлення радіоелектронної апаратури на космічних кораблях і портативні магнітофони та телевізори, напівпровідникові лазери і  термогенератори,      фотоекспонометри і термоелектричні холодильники, корпусні випрямлячі струму і пристрої для виявлення магнітних полів та багато інших приладів і установок[8]. Наведені приклади застосування напівпровідників свідчать про різноманітність їх практично важливих властивостей, які використовуються досить широко у різних галузях науки І техніки. Наведемо деякі приклади їх застосування.

1 .Напівпровідникові випрямлячі.

Випрямляльну дію контактів двох напівпровідників широко використовують для побудови напівпровідникових діодів, призначених для випрямлення і перетворення змінних струмів, а також для інших потреб.

Напівпровідникові діоди виготовляються з германію, кремнію, селену та інших речовин. За конструкцією вони поділяються на точкові й площинні. Перші, завдяки малій ємності контактного шару, можуть використовуватись для випрямлення високочастотних змінних струмів, площинні - для випрямлення змінних струмів живлення різних установок значних потужностей.

Для виготовлення напівпровідникових діодів застосовується особлива технологія. Вона повинна забезпечувати товщину р-n-переходу, не більшу від міжатомних відстаней. Цього не можна досягти способом механічного з'єднання двох різноманітних напівпровідників. Для такого з'єднання користуються вплавленням одного напівпровідника в Інший (рис. 1.5.1.). Наприклад, на германієву пластинку n- типу провідності впаюють шматочок індію. При цьому атоми індію дифундують в глибину пластинки і утворюють область з провідністю р-типу. Так виникає р-п-перехід. У такому діоді германій є катодом, а індій - анодом[8].

Умовне зображення напівпровідникового діода подано на рис. 1.5.2.