Напівпровідникові прилади (Електропровідність напівпровідників. Електричний струм в напівпровідниках. Електронно-дірковий перехід та його властивості), страница 3

Терморезистори – напівпровідникові резистори, ВАХ яких залежить від їх температури. Використовуються 2 типи терморезисторів – термістори, опір яких з ростом температури зменшується, і позистори , опір яких зростає з ростом температури. Виготовляються терморезистори на основі напівпровідників з провідністю n-типу. Це, як правило, окисли металів. На рис.1.7 приведені температурні характеристики термістора (крива 1) і позистора (крива 2), тобто залежності  R(t⁰). Для різних типів терморезисторів ці характеристики суттєво відрізняються. Для більшості  термісторів характеристика R(t⁰) описується рівнянням:

R_T =k·e^b/T,

де  k, b  - постійні параметри конкретного типу термістора; Т- температура по Кельвіну.

Основним параметром терморезистора являється температурний ккоефіцієнт опору     

                            

який виражає процентну зміну опору з зміною температури. Для широкої гами термісторів a_Т = -0.3  -0.66.

Позистори використовуються завдяки наявності аномальних характеристик вище точки Кюрі, де опір його зростає на декілька порядків. Коефіцієнт a_Т   1050. Терморезистори  використовують в системах регулювання температури, теплового захисту, пожарної сигналізації. Позистори використовують в обмеженому діапазоні температур в системах теплового захисту.

Тензорезистор – напівпровідниковий резистор, в якому використовується залежність електричного опору від механічних деформацій. Для тензорезисторів використовують примісні напівпровідники як n-типу, так і p-типу. Основні характеристика тензорезисторів – дефрмаційна (рис.1.8), яка представляє собою залежність відносної зміни опору R/R_н          від відносної деформації l/l , де  R_н і l– намінальний опір і довжина резистора.  Важливим параметром тензорезисторів являється коефіцієнт чутливості:

                       K_Ч =

значення якого знаходиться в діапазоні –150  K_Ч 150.

Тензорезистори використовуються в вимірювальних приладах високої точності.

Фоторезистор – напівпровідниковий резистор, опір якого залежить від сили світлового потоку, що діє на резистор.  В фоторезисторах використовується явище внутріш-нього фотоефекту, відповідно до якого під дією світлового потоку відбувається перехід електронів з валентної зони в зону провідності.  Явище внутрішнього фотоефекту властиве лише напівпровідникам. В фоторезисторах він проявляяється як зміна електропровідності опору. На рис.1.9 приведена схема підключення фоторезистора. При відсутності світлового потоку через резистор R_ф буде протікати темновий струм, визначаємий величиною темнового опору. Зміна напруги Е_а буде приводити до пропорційної зміни величини  струму. При наявності світлового потоку величина струму буде зростати майже в лінійній залежності від  величини Ф_л. Тому вигляд ВАХ фоторезистора буде відповідати рис.1.9.б і в широкому діапазоні світлових потоків буде лінійною.

Величина фотоструму залежить від спектрального складу світлового потоку. Для кожного з типів фоторезисторів існує довжина хвилі світлового потоку, при якій фотострум буде мати максимальне значення. Тому фоторезистори розділяються по діапазону світлового опромінення (ультрофіолетового, видимого, інфракрасного).

Ще одною характеристикою фоторезисторів  є частотні властивості. Для більшості фоторезисторів пропорційність між частотою модуляції світлового потоку і відповідною зміною фотоструму обмежується одиницями кілогерц.

Паспортними параметрами фоторезисторів являються :

·  Монохрамотична чутливість S_i = I_ф/Ф_л.. Її величина може досфгати 20 А/Лм.

·  Темновий опір. Його величини коливаються в діапазоні 10² £ R_T £ 10⁹ (Ом)

·  Робоча напруга

Діапазон робочих напруг знаходиться в діапазоні до декількох сотень вольт. Параметри фоторезиcторів в значній мірі залежать від температури.

Фоторезистори находять широке використання в системах автоматики для контролю над освітленням приміщень, робочих місць, вулиць і т.п.

Магніторезистори – напівпровідникові резистори, в яких провідність зменшується при дії магнітного поля. Сучасні магніторезистори працюють  в широкому діапазоні магнітних потоків від 0 - 0.1 Тл до 2 - 3 Тл. При малих значеннях магнітних потоків більшість магніорезисторів збільшуєть свй опір в залежності :

                             R_mФ_м².

При великих рівнях магнітних потоків (Ф_м > 1 Тл):

R_mФ_м.

Магніторезистори використовуються як датчики магнітних полів в ріхних приладах і електромагнітних перетворювачах.

1.4. Електронно – дірковий перехід та його властивості.

          Більшість напівпровідникових приладів використовують властивості, які проявляються при поєднанні двох шарів, один з яких має електронну (n –типу) провідність, а другий – діркову (p –типу). На практиці найбільше розповсюдження мають несиметричні p-n структури, в яких p-структура має більшу концентрацію основних носіїв, ніж n. Як приклад, на мал. 1.10,а, приводиться p-n напівпровідникова структура, а на мал. 1.10,б – діаграма розподілення концентрацій основних (p_P і n_n)та неосновних (n_P і p_n) носіїв відповідно в p і n структурах. Таке поєднання напівпровідникових структур приводить до того, що по лінії розподілу а-а будуть мати місце градієнти концентрацій як дірок p_P - p_n, так так і електронів n_n - n_P.

          Як відмічалось раніше, під дією різниці концентрацій почнеться дифузійне переміщення носіїв. Дірки з p– структури почнуть переміщу-ватись в n – область, тобто появляються дві складові дифузійного струму

 ( Рис. 1.10,а, верхні стрілки). Дірки, переходячи з p - області лінію розподілу а-а рекомбінують з електронами n – області, а електрони n – області, переходячи в p – область рекомбінують з дірками. Все це створює дифузійний струм I_диф.

В зв’язку з тим, що основні носії зали-шають прикордонні області і їх концентра-ція знижується, то це приводить, в відповід-ності з  (1.1), до зростання носіїв протилеж-ного знаку, що і відображається кривими розподілу концентрацій на рис. 1.10,б.