КОНТАКТНЫЕ ЯВЛЕНИЯ В ПОЛУПРОВОДНИКАХ
Полупроводниковый диод
Соединим два полупроводника р- и n-типа. Это осуществляется следующим образом. На кристалл германия (Gе) n-типа кладут таблетку индия (In) из третьей группы химических элементов. Через эту систему пропускают электрический ток. Индий плавится, его атомы проникают в кристалл германия. Образуется кристалл германия р-типа, расположенный между индием и кристаллом германия n-типа.
Рис. 24.1.2 Рис. 24.1.2
Благодаря диффузии электроны переходят из полупроводника n-типа 
в полупроводник р-типа, а дырки из полупроводника р-типа в полупроводник n-типа. Возникает двойной электрический слой на границе соприкосновения двух полупроводников разной проводимости (рис. 24.1.3), он называется электронно-дырочным переходом или р- n-переходом (запирающим слоем). Ширина слоя составляет 10-7-10-6м. Под действием электрического поля, которое создается зарядами в запирающем слое, часть электронов и дырок возвращается назад, этот процесс называется дрейфом.
В результате устанавливается равновесие разностью потенциалов порядка 0,1 В.
Электронно-дырочный переход – это двойной электрический слой, возникающий в месте контакта двух полупроводников n -типа и р-типа.
Подключим р- n-переход к источнику тока.
1. Полупроводник р-типа подключим к положительному полюсу источника тока, полупроводник n –типа к отрицательному полюсу источника (рис. 24.1.4).
|
|
|
Напряженность электрического поля ( 
), созданного источником, направлена противоположно напряженности электрического поля в контакте ( 
), результирующее поле запирающего слоя становится ослабленным.
Электроны и дырки p- n –перехода частично рекомбинируют в нейтральные атомы, ширина двойного электрического слоя уменьшается. В цепи идет электрический ток, который называется прямым током.
Его создают основные носители тока: электроны в полупроводнике n-типа и дырки в полупроводнике р-типа. Основных носителей много, поэтому проводимость и сила тока большие.
Подключим полупроводник р-типа к отрицательному полюсу источника тока, а полупроводник n-типа к положительному полюсу батареи (рис. 24.1.5).
Напряженность электрического 
поля созданного источником, сонаправлена с напряженностью электрического поля р- n –перехода.
Результирующее электрическое поле ( 
) настолько большое, что переход основных носителей становится невозможным.
Ширина запирающего слоя увеличится. В цепи пойдет слабый ток, который называется обратным током. Его создают не основные носители тока: электроны в полупроводнике р-типа и дырки в полупроводнике n-типа. Не основных носителей мало, поэтому проводимость и сила тока малы. Таким образом, под действием электрического поля при прямом включении р-n - переход разрушается, а при обратном – усиливается.
|
|
|
На рис. 24.1.7 представлена вольтамперная характеристика р- n -перехода. Обратный ток становится большим только в очень сильном электрическом поле. Это называется пробоем. Электронно-дырочный переход является полупроводниковым диодом, пропускающим ток в одном направлении.
Полупроводниковый диод применяют для выпрямления переменного тока. На рис. 24.1.8 представлены графики напряжения и силы тока после пропускания переменного тока через полупроводниковый диод.
Полупроводниковые диоды имеют малые габариты и высокий КПД.
Рассмотрим процессы в полупроводниковом диоде с точки зрения энергетических диаграмм. Уровень Ферми в полупроводнике n-типа расположен выше уровня Ферми полупроводника р-типа. При соединении двух полупроводников разного типа выравниваются энергия Ферми. Это значит, что электроны из полупроводника n-типа начинают переходить на более низкие энергетические уровни полупроводника р-типа, а дырки наоборот. Энергетические зоны искривляются в области р-n-перехода, возникают потенциальные барьеры для электронов и дырок Высота барьера равная еφ определена первоначальной разностью уровней Ферми. Энергии теплового движения недостаточно для преодоления носителями тока такого потенциального барьера. Только в электрическом поле, созданном источником тока, часть носителей тока может преодолеть потенциальный барьер и в цепи пойдет электрический ток.
|
|
|
Транзистор
Транзистором называют полупроводниковый триод. Транзистор создали в 1949 году американские изобретатели Дж. Бардин, В Браттейн, В. Шокли (Нобелевская премия по физике 1956 г/). Транзистор состоит из двух р- n –переходов: р-n-р или n-р-n-типа.
Рассмотрим транзистор р-n–р типа. На рис. 24.2.1 введены обозначения: Э – эмиттер, Б – база, К- коллектор.
В эмиттере дырки являются основными носителями тока. Под действием прямого тока в цепи эмиттера дырки переходят в базу (полупроводник n–типа).
Этот процесс называется инжекцией (впрыскиванием). База тонкая: единицы или десятки микрон. Дырки в базе не успевают рекомбинировать с электронами и захватываются электрическим полем цепи коллектора, в котором идет обратный ток. Можно считать, что сила тока в эмиттере Iэ приближенно равна силе тока в коллекторе I к
|
|
|
Iэ ≈ Iк.
Применяя закон Ома, можно записать
,
здесь U1, R1 - напряжение и сопротивление на входе в транзистор,
U2, R2 - напряжение и сопротивление на выходе из транзистора/
~ 104.
Умножим числитель и знаменатель в левой части соотношения на силу тока, получим мощности
~ 104.
Транзистор является усилителем мощности и напряжения.
Транзистор применяют в качестве усилителя высокочастотных колебаний. Увеличение мощности происходит за счет энергии источника тока в цепи коллектора.
Внутренний фотоэффект
Дата добавления: 2019-09-13; просмотров: 281; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!