Рассмотрим собственную электропроводность полупроводников на примере Германия (Ge)
При температуре, близкой к абсолютному нулю, в кристалле германия при отсутствии примесей все валентные электроны атомов взаимно связаны, свободных электронов нет, следовательно, кристалл не обладает проводимостью. При повышении температуры увеличивается энергия электронов, что приводит к частичному нарушению ковалентных связей и появлению свободных электронов. Германий уже при комнатной температуре становится полупроводником.
Под действием внешнего электрического поля, свободные электроны перемещаются, обуславливая электронную проводимость ( n - проводимость). В момент образования свободного электрона, в ковалентных связях образуется свободное место — «электронная дырка».
При наличии дырки, какой-либо из электронов связи может занять место дырки и нормальная связь в этом месте восстановится, но разрушится в другом месте, эту новую дырку может занять еще какой-либо электрон и т. д. Под действием внешнего электрического поля происходит перемещение дырок в направлении поля.
Дырочная проводимость (р-проводимость) - перемещение дырок эквивалентно току положительных зарядов, величина которых равна зарядам электронов.
Таким образом, проводимость полупроводника складывается из электронной и дырочной проводимостей. Электропроводность полупроводников, лишенных примесей называется собственной электропроводностью полупроводника. Собственная проводимость полупроводников несоизмеримо меньше, чем металлов.
|
|
|
2.2 Рассмотрим примесную электропроводность (8 слайд)
Если чистый полупроводник легировать, то есть внести примесь, то число электронов и дырок не будет одинаково, появятся излишние заряды, которыми будет осуществляться ток. Проводимость резко возрастет.
Полупроводники с примесной проводимостью бывают:
1) Полупроводники с электронной проводимостью, n – типа (донорные).
Если в 4-валентный германий добавить примесь, 5-валентного мышьяка, то четыре электрона мышьяка образуют прочную связь с четырьмя электронами германия, а пятый электрон будет связан слабо и оторвется. Таким образом, появятся свободные заряды, которые будут создавать ток.
2) Полупроводники с дырочнойной проводимостью, p – типа (акцепторные).
Если в 4-валентный германий добавить примесь, 3-валентного индия, то три электрона индия образуют прочную связь с тремя электронами германия, а одна связь остается незаполненной и образуется дырка. Таким образом, появятся свободные заряды, которые будут создавать ток. Дырка долго не просуществует и заполнится другим электроном, а новая дырка возникнет в другом месте. То есть, при связанных электронах будут перемещающиеся дырки.
|
|
|
3. Электрические переходы (p-n и p-n-p переходы)
3.1 p-n переход (9 слайд)
При соединении двух полупроводников разного типа (p и n), на границе образуется слой, называемый p – n переходом .
В начальный момент времени, электроны из n–области устремятся в р–область. В приграничном слое они рекомбинируются (воссоединятся), и на границе р–области скопятся отрицательные заряды, а n–области положительные. Возникший запирающий слой препятствует дальнейшему проникновению дырок в n–область, а электронов в р–область.
То есть в этом месте образуется сопротивление, величина которого больше, чем сопротивление всего полупроводника.
Если на p – n переход подать напряжение:
а) В прямом направлении, т.е «+» к р–области, а «-» к n–области, то электроны приобретают дополнительную энергию от внешнего поля, начинают двигаться, запирающий слой уменьшается, значит резко уменьшается сопротивление и через полупроводник потечет большой прямой ток.
б) В обратном направлении, т.е «-» к р–области, а «+» к n –области, то поле еще больше расширяет запирающий слой, его сопротивление сильно возрастает, обратный ток не протекает до тех пор, пока не будет приложено пробивное напряжение. В результате приложения напряжения пробоя по переходу потечет большой обратный ток.
|
|
|
На этом принципе работает полупроводниковый диод.
Он работает по принципу ключа, пропуская ток только в одном направлении.
 |
На рисунке приведена вольт-амперная характеристика кремниевого диода. При подаче прямого напряжения, сразу начинает протекать большой ток, при подаче обратного напряжения ток будет протекать только при приложении большого напряжения пробоя.
3. 2 p-n -p переход (10 слайд)
p-n-p переход активно применятется в транзисторах (p-n-p транзисторы).
Конструктивная схема транзистора p-n-p-типа состоит из двух областей полупроводникового материала p-типа по обе стороны от области материала n-типа.
p-n-p -транзистор имеет очень схожие характеристики со своим n-p-n -биполярным собратом, за исключением того, что направления токов и полярности напряжений в нем обратные.
Главным различием между ними считается то, что дырки являются основными носителями тока для p-n-p- транзисторов, а n-p-n -транзисторы имеют в этом качестве электроны. Поэтому полярности напряжений, питающих транзистор, меняются на обратные, а его входной ток вытекает из базы. В отличие от этого, у n-p-n -транзистора ток базы втекает в нее.
Дата добавления: 2022-12-03; просмотров: 162; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!