Типы проводимости полупроводников
Электронная проводимость
Добавим в полупроводник кремния пятивалентный атом мышьяка (As). Посредством четырех валентных электронов, мышьяк установит ковалентные связи c четырьмя соседними атомами кремния. Для пятого валентного электрона не останется пары, и он станет слабо связанным с атомом.
Под действием электромагнитного поля, такой электрон легко отрывается, и вовлекается в упорядоченное движение заряженных частиц (электрический ток). Атом, потерявший электрон, превращается в положительно заряженный ион с наличием свободной вакансии - дырки.
Несмотря на присутствие дырок в полупроводнике кремния с примесью мышьяка, основными носителями свободного заряда являются электроны. Такая проводимость называется электронной, а полупроводник с электронной проводимостью - полупроводником N-типа.
Дырочная проводимость
Введем в кристалл кремния трехвалентный атом индия (In). Индий установит ковалентные связи лишь с тремя соседними атомами кремния. Для четвертого «соседа», у индия не хватает одного электрона. Этот недостающий электрон может быть захвачен атомом индия из ковалентной связи соседних атомов кремния.
Атом индия превратиться в негативно заряженный ион, а в ковалентной связи соседних атомов образуется вакансия (дырка). В свою очередь, на это место может перескочить электрон из соседней ковалентной связи. В результате получается хаотическое блуждание дырок по кристаллу.
|
|
|
Если поместить полупроводник в электромагнитное поле, движение дырок станет упорядоченным, т.е. возникнет электрический ток. Таким образом, обеспечивается дырочная проводимость. Полупроводник с дырочной проводимостью называется полупроводником P-типа.
Полупроводниковые приборы, основанные на полупроводнике с одним типом проводимости: фоторезистор, термистор, тензорезистор.
Фоторезистор – это датчик, электрическое сопротивление которого меняется в зависимости от интенсивности падающего на него света. Чем интенсивней свет, тем больше создается свободных носителей зарядов и тем меньше становится сопротивление элемента. Два внешних металлических контакта фоторезистора идут через керамический материал основания к светочувствительной пленке, которая по своей геометрии и свойству материала определяет электрические свойства сопротивления. Так как фоточувствительный материал по природе с большим сопротивлением, то между электродами с тонкой извилистой дорожкой, при средней интенсивности света, получается низкое общее сопротивление элемента. Так же как и человеческий глаз, фоторезистор чувствителен к определенному диапазону длины волны света. При выборе фотоэлемента приходится с этим считаться, поскольку в противном случае он может совсем не отреагировать на источник света, используемый в приложении. Здесь приведены длины волн видимого света, упрощенно разделенные по цвету.
|
|
|
| Цвет | Диапазон длины волны (nm) |
| Фиолетовый | 400 – 450 |
| Синий | 450 – 500 |
| Зеленый | 500 – 570 |
| Желтый | 570 – 590 |
| Оранжевый | 590 – 610 |
| Красный | 610 – 700 |
У фоторезисторов обязательно определен и диапазон температуры. Если использовать датчик при разных температурах, то следует обязательно ввести уточняющие преобразования, т.к. свойство сопротивления зависит от внешней температуры.
Для характеристики интенсивности света используют физическую величину освещённость (обозначение E), что показывает количество светового потока, достигающего какой-либо поверхности. Для измерения единицы имеется люкс (лк), где 1 люкс означает, что на поверхность размером 1 m2 равномерно падает световой поток в 1 люмен (лм). В реальной жизни свет практически никогда не падает на (жилую) поверхность равномерно и поэтому освещённость получается больше в среднем значении.
Термистор – это резистор, сопротивление которого меняется от температуры. Термисторы бывают двух типов: с положительным и отрицательным температурным коэффициентом. У терморезистора с положительным коэффициентом при повышении температуры сопротивление возрастает, а с отрицательным коэффициентом - уменьшается. Их сокращённые названия на английском языке: PTC (positive temperature coefficient) и NTC (negative temperature coefficient).
|
|
|
Использование термистора усложняет нелинеарность температурной зависимости его сопротивления. Зависимость является линеарной только в маленьких пределах, для вычисления нескольких десятков градусов и большей границы измерения подходит экспоненциальное уравнение третьего порядка Стейнхарта-Харта.
Для NTC терморезисторов существует следующее упрощенное уравнение с B – параметром:
где:
T0 - номинальная температура, например 25 °C.
R0 - cопротивление при номинальной температуре.
B - B–параметр.
B – параметр это коэффициент, который обычно дается в спецификации термистора. В то же время, он достаточно постоянен только в известных температурных промежутках, к примеру, 25–50 °C или 25–85 °C. Если измеряемый температурный промежуток больше, то при возможности следует использовать уравнение, находящееся в спецификации.
|
|
|
Сопротивление термистора измеряется косвенно делителем напряжения, где вместо одного резистора устанавливается термистор и входное напряжение которого постоянное. Измеряется выходное напряжение делителя напряжения, которое изменяется вместе с изменением сопротивления термистора. При подаче напряжения через термистор проходит электрический ток, который нагревает термистор из-за его сопротивления и таким образом изменяет сопротивление. Ошибку, возникающую при нагревании термистора, можно компенсировать вычислительно, но легче использовать термистор с большим сопротивлением, который нагревается меньше.
Из-за ограниченного ресурса и отсутствия необходимости применения большой точности, используются заранее вычисленные таблицы взаимозависимых температуры и сопротивления. В таблице, в целом, записаны показания температуры с точным интервалом, в соответствии с сопротивлением датчика, напряжением или значением аналогово-дигитального преобразователя. Для таблицы все экспоненциальное вычисление сделано заранее и в программе нужно всего лишь найти ряд, соответствующий измеренному параметру и прочесть температуру.
ТЕНЗОРЕЗИСТОР (от лат. tensus-напряжённый и резистор)- резистор, изменяющий своё электрическое сопротивление вследствие деформации, вызываемой приложенными к нему механического напряжениями. Основной характеристикой материала тензорезистора является коэффициент тензочувствительности (k), определяемый как отношение относит. изменения электрическое сопротивления к величине относительной деформации. Для металлов (нихрома, константана, сплавов на основе Ni, Mo, Pt)k = 2-14 (определяется в основном только изменением геометрических размеров Т.); для полупроводников (Ge, Si и др.) k = 100-200. Металлические тензореситоры изготовляют из проволоки или фольги в виде решётки, полупроводниковые- тензореситоры- в виде пластинок (длина 1 - 10 мм, ширина 0,2-1,0 мм, толщина 20-60 мкм) или эпитаксиальных плёнок (см. Эпитаксия).
тензореситоры используются главным образом в качестве чувствительного элемента измерительных. преобразователей (тензодатчиков), применяемых для измерения механического напряжений, деформаций твёрдых тел, а также в преобразователях давления или механических напряжения в электрический сигнал, например в микрофонах и звукоснимателях.
Дата добавления: 2019-07-15; просмотров: 783; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!