Полупроводником называется элемент, проводимость которого находится между диэлектриком и проводником. Распространенные типы полупроводников - кремний и германий. Атомы кремния и германия скрепляются в структуру куба и связаны между собой ковалентными связями. Если полупроводник полностью чистый, тогда при температуре 0 он диэелектрик. Под влиянием температуры или излучения электрон может оторваться от своего места. На этом месте остается свободное место или дырка. Дырки рассматриваются как позитивный элементарный носитель.
Если приложить внешнее электрическое поле к полупроводнику, тогда электроны начинают двигаться в обратном направлении с электрическим полем, дырки в одном направлении. Обусловленная электронами проводимость называется н-проводимостью, дырками - п-проводимостью. Значительно бо'льшая проводимость у полупроводника с добавками.
Для получения н-проводимости добавляют к четырех валентному полупроводнику пяти валентные добавки или доноры. Одному электрону не хватает места и он начинает двигаться для получения дополнительной энергии. Добавочный атом меняется на позитивный ион, который отличается от дырки тем, что остается в кристалической решетке недвижимым. В полупроводнике с н-проводимостью большинство зарядоносителей электроны и меньшинство дырки. Для получения п-проводимости добавляется к четырех валентному полупроводнику трёх валентные добавки или акцепторы. Один электрон исчезает и образуется дырка, которая начинает двигаться для получения дополнительной энергии. Добавочный атом меняется на негативный ион, который отличается от электрона тем, что остается в кристалической решетке недвижимым. В полупроводнике с п-проводимостью большинство зарядоносителей дырки и меньшинство электроны.
Созданная специальным техническим процессом разделительная граница между полупроводниками с п-проводимостью и н-проводимостью называется пн-переходом. Если концентрация электронов и дырок в какой-либо части перехода различная, тогда электроны перемещаются из н-полупроводника к п-полупроводнику и дырки наоборот. Образуется дифузионный ток, направленный в сторону движения дырок. Из-за дифузии образуются ионы, которые концентрируются в очень тонкий пласт. В этом пласте отсутствуют движущиеся носители зарядов и поэтому сопротивление пласта большое. Он называется преградительным пластом. Из-за разности потенциалов в переходе образуется электрическое поле Епн, которое препятствует дифузии. В тоже время Епн облегчает меньшинству зарядоносителей проходить через переход. Образованный меньшинством зарядоносителей ток называется дрейфующим током.
Если подсоединить на клеммы внешний источник питания так, чтобы плюс был направлен к п-полупроводнику а минус к н-полупроводнику, тогда образуется направленное в другую сторону от Епн электрическое поле Е. Большинство зарядоносителей проходит через переход и производят сравнительно большой ток. Ток, образуемый этими зарядоносителями, называется прямым током, напряжение - прямым напряжением.
У перехода есть выпрямляющее свойство: высокий ток и маленькое сопротивление и наоборот.
Если соединить переход с внешним источником питания так, чтобы плюс был направлен к н-полупроводнику и минус к п-проводнику, тогда образуется направленное в направлении Епн электрическое поле Е. Большинство зарядоносители двигаются в сторону клемм источника напряжения и делают заградительный пласт меньше. Сопротивление пласта и разница потенциалов увеличиваются. Меньшинство зарядоносителей проходят через переход и делают ток, который называется обратным током. Приложенное напряжение называется обратным напряжением. Зарядоносителей мало, поэтому ток очень маленький и почти не зависит от приложенного напряжения.
Выпрямляющее свойство пн-перехода состоит в том, что при прямом подключении сопротивление перехода маленькое, и переход хорошо проводит ток. При обратном подключении сопротивление большое, и переход почти не проводит ток.
Вернуться к главному меню
Rm - сопротивление из полупроводникового материала
R - сопротивление пн-перехода, зависящее от величины
напряжения и полярности
C - емкость пн-перехода
На высоких частотах емкостное сопротивление маленькое. Маленькое емкостное сопротивление начинает мешать большому сопротивлению пн-перехода при обратном подключении. Из-за этого переход на высоких частотах теряет свое выпрямительное свойство, т.е. начинает пропускать ток и при прямом и при обратном подключении. Вторым ограничивающим частоту фактором является инерция перехода. При прямом подключении преградительный пласт отсутствует, а при обратном он присутствует. Но если это не происходит моментально, через переход проходит сравнительно большой ток и при негативном полупериоде.
Электрическая проводимость полупроводника с добавками достаточно большая при температуре -60 градусов. Это обусловлено тем, что дополнительные атомы электронов слабо связаны между собой. При низких температурах главным образом образуется проводимость с добавками. При высоких температурах возникает своя проводимость, которую обусловливают электроны и дырки. При повышении температуры проводимость с добавками и своя проводимость повышаются. При определенной температуре добавочные атомы отдают все свои зарядоносители и добавочная проводимость больше не растет. Своя проводимость растет. Поэтому переход теряет при больших температурах свое выпрямляющее свойство.
Уважаемый посетитель!
Чтобы распечатать файл, скачайте его (в формате Word).
Ссылка на скачивание - внизу страницы.
