Реферат Электрический Ток В Полупроводниках
Здесь можно найти образцы любых учебных материалов, т.е. Получить помощь в написании уникальных курсовых работ, дипломов, лабораторных работ, контрольных работ и рефератов. Так же вы мажете самостоятельно повысить уникальность своей работы для прохождения проверки на плагиат всего за несколько минут. ЛИЧНЫЙ КАБИНЕТ Здравствуйте гость! Логин: Пароль: Запомнить Поиск готовой работы по сайту Предмет: Работа: Предлагаем нашим посетителям воспользоваться бесплатным программным обеспечением, которое позволит вам всего за несколько минут, выполнить повышение уникальности любого файла в формате MS Word.
После такого повышения уникальности, ваша работа легко пройдете проверку в системах антиплагиат вуз, antiplagiat.ru, etxt.ru или advego.ru. Программа «StudentHelp» работает по уникальной технологии и при повышении уникальности не вставляет в текст скрытых символов, и даже если препод скопирует текст в блокнот – не увидит ни каких отличий от текста в Word файле.
Реферат: Электрический ток в различных средах. Доступно вам для легкого и полноценного. Электрический ток в проводниках и полупроводниках. Электрический ток в проводниках.
Результат поиска Наименование: доклад Электрический ток в полупроводниках Информация: Тип работы: доклад. Уникальность по antiplagiat.ru. ЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ ТОК В ПОЛУПРОВОДНИКАХ Полупроводник -вещество, у которого удельное сопротивление может изменяться в широких пределах и очень быстро убывает с повышением температуры., а это значит, что электрическая проводимость (1/R ) увеличивается. наблюдается у кремния, германия, селена и у некоторых соединений. Механизм проводимости у полупроводников Кристаллы полупроводников имеют атомную кристаллическую решетку, где внешние электроны связаны с соседними атомами ковалентными связями.
При низких температурах у чистых полупроводников свободных электронов нет и он ведет себя как диэлектрик. Полупроводники чистые (без примесей) Если полупроводник чистый( без примесей), то он обладает собственной проводимостью?
Которая невелика. Собственная проводимость бывает двух видов: 1) электронная ( проводимость 'n ' - типа) При низких температурах в полупроводниках все электроны связаны с ядрами и сопротивление большое; при увеличении температуры кинетическая энергия частиц увеличивается, рушатся связи и возникают свободные электроны - сопротивление уменьшается. Свободные электроны перемещаются противоположно вектору напряженности эл.поля. Электронная проводимость полупроводников обусловлена наличием свободных электронов. 2) дырочная ( проводимость ' p' - типа ) При увеличении температуры разрушаются ковалентные связи, осуществляемые валентными электронами, между атомами и образуются места с недостающим электроном - 'дырка'.
Она может перемещаться по всему кристаллу, т.к. ее место может замещаться валентными электронами. Перемещение ' дырки' равноценно перемещению положительного заряда. Перемещение дырки происходит в направлении вектора напряженности электрического поля. Кроме нагревания, разрыв ковалентных связей и возникновение собственной проводимости полупроводников могут быть вызваны освещением ( фотопроводимость ) и действием сильных электрических полей Общая проводимость чистого полупроводника складывается из проводимостей 'p' и 'n' -типов и называется электронно- дырочной проводимостью. Полупроводники при наличии примесей - у них существует собственная + примесная проводимость Наличие примесей сильно увеличивает проводимость. При изменении концентрации примесей изменяется число носителей эл.тока - электронов и дырок. Возможность управления током лежит в основе широкого применения полупроводников.
Существуют: 1) донорные примеси ( отдающие ) - являются дополнительными поставщиками электронов в кристаллы полупроводника, легко отдают электроны и увеличивают число свободных электронов в полупроводнике. Это проводники ' n ' - типа, т.е. полупроводники с донорными примесями, где основной носитель заряда - электроны, а неосновной - дырки. Такой полупроводник обладает электронной примесной проводимостью. Например - мышьяк. 2) акцепторные примеси ( принимающие ) - создают 'дырки', забирая в себя электроны.
Это полупроводники ' p '- типа, т.е. полупроводники с акцепторными примесями, где основной носитель заряда - дырки, а неосновной - электроны. Такой полупроводник обладает дырочной примесной проводимостью. Например - индий. Электрические свойства 'p-n' перехода 'p-n' переход (или электронно- дырочный переход) - область контакта двух полупроводников, где происходит смена проводимости с электронной на дырочную (или наоборот). В кристалле полупроводника введением примесей можно создать такие области. В зоне контакта двух полупроводников с различными проводимостями будет проходить взаимная диффузия. Электронов и дырок и образуется запирающий электрический слой. Электрическое поле запирающего слоя препятствует дальнейшему переходу электронов и дырок через границу.
Запирающий слой имеет повышенное сопротивление по сравнению с другими областями полупроводника. Внешнее электрическое поле влияет на сопротивление запирающего слоя.
При прямом (пропускном) направлении внешнего эл.поля эл.ток проходит через границу двух полупроводников. Т.к. электроны и дырки движутся навстречу друг другу к границе раздела, то электроны, переходя границу, заполняют дырки. Толщина запирающего слоя и его сопротивление непрерывно уменьшаются.
Пропускной режим р-n перехода: При запирающем (обратном) направлении внешнего электрического поля электрический ток через область контакта двух полупроводников проходить не будет. Т.к. электроны и дырки перемещаются от границы в противоположные стороны, то запирающий слой утолщается, его сопротивление увеличивается. Запирающий режим р-n перехода: Таким образом, электронно-дырочный переход обладает односторонней проводимостью. Полупроводниковые диоды Полупроводник с одним 'p-n' переходом называется полупроводниковым диодом. При наложении эл.поля в одном направлении сопротивление полупроводника велико, в обратном - сопротивление мало.
Полупроводниковые диоды основные элементы выпрямителей переменного тока. Полупроводниковые транзисторы - также используются свойства' р-n 'переходов, - транзисторы используются в схемотехнике радиоэлектронных приборов. 2) По значению удельного электрического сопротивления полупроводники занимают промежуточное место между хорошими проводниками и диэлектриками. К числу полупроводников относятся многие химические элементы (германий, кремний, селен, теллур, мышьяк и др.), огромное количество сплавов и химических соединений. Почти все неорганические вещества окружающего нас мира – полупроводники. Самым распространенным в природе полупроводником является кремний, составляющий около 30% земной коры.
Качественное отличие полупроводников от металлов проявляется прежде всего в зависимости удельного сопротивления от температуры. С понижением температуры сопротивление металлов падает (см. У полупроводников, напротив, с понижением температуры сопротивление возрастает и вблизи абсолютного нуля они практически становятся изоляторами (рис. 1 Рисунок 4.13.1. Зависимость удельного сопротивления? Чистого полупроводника от абсолютной температуры T.
Такой ход зависимости?(T) показывает, что у полупроводников концентрация носителей свободного заряда не остается постоянной, а увеличивается с ростом температуры. Механизм электрического тока в полупроводниках нельзя объяснить в рамках модели газа свободных электронов. Рассмотрим качественно этот механизм на примере германия (Ge). В кристалле кремния (Si) механизм аналогичен.
Атомы германия имеют четыре слабо связанных электрона на внешней оболочке. Их называют валентными электронами. В кристаллической решетке каждый атом окружен четырьмя ближайшими соседями. Связь между атомами в кристалле германия является ковалентной, то есть осуществляется парами валентных электронов. Каждый валентный электрон принадлежит двум атомам (рис.
Валентные электроны в кристалле германия гораздо сильнее связаны с атомами, чем в металлах; поэтому концентрация электронов проводимости при комнатной температуре в полупроводниках на много порядков меньше, чем у металлов. Вблизи абсолютного нуля температуры в кристалле германия все электроны заняты в образовании связей. Такой кристалл электрического тока не проводит. 2 Рисунок 4.13.2. Парно-электронные связи в кристалле германия и образование электронно- дырочной пары. При повышении температуры некоторая часть валентных электронов может получить энергию, достаточную для разрыва ковалентных связей.
Тогда в кристалле возникнут свободные электроны (электроны проводимости). Одновременно в местах разрыва связей образуются вакансии, которые не заняты электронами. Эти вакансии получили название «дырок». Вакантное место может быть занято валентным электроном из соседней пары, тогда дырка переместиться на новое место в кристалле. При заданной температуре полупроводника в единицу времени образуется определенное количество электронно-дырочных пар. В то же время идет обратный процесс – при встрече свободного электрона с дыркой, восстанавливается электронная связь между атомами германия.
Этот процесс называется рекомбинацией. Электронно-дырочные пары могут рождаться также при освещении полупроводника за счет энергии электромагнитного излучения.
В отсутствие электрического поля электроны проводимости и дырки участвуют в хаотическом тепловом движении. Если полупроводник помещается в электрическое поле, то в упорядоченное движение вовлекаются не только свободные электроны, но и дырки, которые ведут себя как положительно заряженные частицы. Поэтому ток I в полупроводнике складывается из электронного In и дырочного Ip токов: I = In + Ip. Концентрация электронов проводимости в полупроводнике равна концентрации дырок: nn = np. Электронно-дырочный механизм проводимости проявляется только у чистых (то есть без примесей) полупроводников. Он называется собственной электрической проводимостью полупроводников. При наличии примесей электропроводимость полупроводников сильно изменяется.
Например, добавка примесей фосфора в кристалл кремния в количестве 0,001 атомного процента уменьшает удельное сопротивление более чем на пять порядков. Такое сильное влияние примесей может быть объяснено на основе изложенных выше представлений о строении полупроводников. Необходимым условием резкого уменьшения удельного сопротивления полупроводника при введении примесей является отличие валентности атомов примеси от валентности основных атомов кристалла. Проводимость полупроводников при наличии примесей называется примесной проводимостью. Различают два типа примесной проводимости – электронную и дырочную проводимости.
Электронная проводимость возникает, когда в кристалл германия с четырехвалентными атомами введены пятивалентные атомы (например, атомы мышьяка, As). 3 Рисунок 4.13.3. Атом мышьяка в решетке германия. Полупроводник n-типа. 4.13.3 показан пятивалентный атом мышьяка, оказавшийся в узле кристаллической решетки германия.
Четыре валентных электрона атома мышьяка включены в образование ковалентных связей с четырьмя соседними атомами германия. Пятый валентный электрон оказался излишним; он легко отрывается от атома мышьяка и становится свободным.
Реферат Электрический Ток В Полупроводниках
Атом, потерявший электрон, превращается в положительный ион, расположенный в узле кристаллической решетки. Примесь из атомов с валентностью, превышающей валентность основных атомов полупроводникового кристалла, называется донорской примесью. В результате ее введения в кристалле появляется значительное число свободных электронов. Это приводит к резкому уменьшению удельного сопротивления полупроводника – в тысячи и даже миллионы раз. Удельное сопротивление проводника с большим содержанием примесей может приближаться к удельному сопротивлению металлического проводника. В кристалле германия с примесью мышьяка есть электроны и дырки, ответственные за собственную проводимость кристалла. Но основным типом носителей свободного заряда являются электроны, оторвавшиеся от атомов мышьяка.
В таком кристалле nn np. Такая проводимость называется электронной, а полупроводник, обладающий электронной проводимостью, называется полупроводником n-типа. 4 Рисунок 4.13.4. Атом индия в решетке германия. Полупроводник p-типа. Дырочная проводимость возникает, когда в кристалл германия введены трехвалентные атомы (например, атомы индия, In).
4.13.4 показан атом индия, который создал с помощью своих валентных электронов ковалентные связи лишь с тремя соседними атомами германия. На образование связи с четвертым атомом германия у атома индия нет электрона. Этот недостающий электрон может быть захвачен атомом индия из ковалентной связи соседних атомов германия. В этом случае атом индия превращается в отрицательный ион, расположенный в узле кристаллической решетки, а в ковалентной связи соседних атомов образуется вакансия.
Реферат На Тему Электрический Ток В Полупроводниках
Примесь атомов, способных захватывать электроны, называется акцепторной примесью. В результате введения акцепторной примеси в кристалле разрывается множество ковалентных связей и образуются вакантные места (дырки). На эти места могут перескакивать электроны из соседних ковалентных связей, что приводит к хаотическому блужданию дырок по кристаллу. Наличие акцепторной примеси резко снижает удельное сопротивление полупроводника за счет появления большого числа свободных дырок. Концентрация дырок в полупроводнике с акцепторной примесью значительно превышает концентрацию электронов, которые возникли из-за механизма собственной электропроводности полупроводника: np nn. Проводимость такого типа называется дырочной проводимостью.
Примесный полупроводник с дырочной проводимостью называется полупроводником p-типа. Основными носителями свободного заряда в полупроводниках p-типа являются дырки. Следует подчеркнуть, что дырочная проводимость в действительности обусловлена эстафетным перемещением по вакансиям от одного атома германия к другому электронов, которые осуществляют ковалентную связь. Для полупроводников n- и p-типов закон Ома выполняется в определенных интервалах сил тока и напряжений при условии постоянства концентраций свободных носителей. Примечание. Уникальность работы указана на дату публикации, текущее значение может отличаться от указанного.
Введение Электрический ток в полупроводниках В чем главное отличие полупроводников от проводников? Какие особенности строения полупроводников открыли им доступ во все радиоустройства, телевизоры и ЭВМ? Г лавное отличие полупроводников от проводников состоит в характере зависимости электропроводности от температуры. Исследования показывают, что у ряда элементов и соединений удельное сопротивление с увеличением температуры не растет, как у металлов, а, наоборот, уменьшается. При температурах, близких к абсолютному нулю, удельное сопротивление полупроводников очень велико, т. При очень низких температурах полупроводник ведет себя как диэлектрик.
По мере повышения температуры удельное сопротивление полупроводника быстро уменьшается. Какова же причина увеличения электропроводности полупроводника с ростом температуры? Строение полупроводников Чтобы понять механизм возникновения проводимости в полупроводниках, необходимо знать строение полупроводниковых кристаллов и приводу связей, удерживающих атомы кристалла друг около друга. Для примера рассмотрим кристалл германия.
Нам известно, что кристаллы германия и других полупроводников имеют атомную (ковалентную) кристаллическую решетку. Четыре валентных электрона каждого атома германия связаны с такими же электронами соседних атомов химическими парно электронными (ковалентными) связями.
В образовании этой связи от каждого атома участвует по одному валентному электрону, которые отщепляются от атомов (коллективизируются кристаллом) и при своем движении большую часть времени проводят в пространстве между соседними атомами. Их отрицательный заряд удерживает положительные ионы германия друг возле друга. Такого рода связь существует между ядрами (протонами) в молекуле водорода. Она условно может быть изображена двумя линиями, соединяющими ядра.
Не надо думать, что коллективизированная пара электронов принадлежит лишь двум атомам. Каждый атом образует четыре связи с соседними, а данный валентный электрон может двигаться по любой из них. Дойдя до соседнего атома, он может перейти к следующему, а затем дальше вдоль всего кристалла. Коллективизированные валентные электроны принадлежат всему кристаллу.
Парно электронные связи германия достаточно прочны и при низких температурах не разрываются. Поэтому германий при низкой температуре не проводит электрический ток. Участвующие в связи атомов валентные электроны прочно привязаны к кристаллической решетке, и внешнее электрическое поле не оказывает заметного влияния на их движение.
Аналогичное строение имеет и кристалл кремния. Собственная проводимость полупроводников При нагревании германия энергия валентных электронов увеличивается за счет энергии тепловых колебаний атомов решетки. При этом энергия некоторых электронов (даже при нагревании до сравнительно невысоких температур) может увеличиться настолько, что связи не выдерживают и рвутся. В результате отдельные электроны покидают свои «проторенные пути» и становятся свободными, подобно электронам в металлах. Без внешнего поля эти электроны движутся хаотически. Под действием внешнего электрического поля они перемещаются упорядоченно между узлами кристаллической решетки, образуя электрический ток.
Проводимость полупроводников, обусловленная наличием у них свободных электронов, называется электронной проводимостью. При повышении температуры число разор-ванных ковалентных связей, а следовательно, и число свободных электронов в кристаллах увеличивается. Это и приводит к уменьшению удельного сопротивления. Образование свободного электрона влечет за собой появление свободного (вакантного) места — электронной дырки — в нарушенной ковалентной связи.
В дырке имеется избыточный положительный заряд по сравнению с остальными, нормальными связями. Положение дырки в кристалле не является неизменным. Непрерывно происходит следующий процесс. Один из электронов, обеспечивающих связь атомов, перескакивает на место образовавшейся дырки и восстанавливает здесь парноэлектронную связь, а там, откуда перескочил электрон, образуется новая дырка. Эту дырку может занять какой-либо другой электрон. Таким образом, благодаря перемещению электронов связи происходит перемещение дырок по всему кристаллу. Характер движения дырки в кристалле можно уяснить из следующей аналогии.
Пусть один из солдат вышел из шеренги. При этом образовалась «вакансия». Если все стоящие справа солдаты будут последовательно перемещаться на освободившееся место, то все будет происходить так, как будто свободное место передвигается в сторону, противоположную перемещению солдат.
При отсутствии внешнего поля перемещение дырок, равноценное перемещению зарядов, происходит хаотически и поэтому не создает электрического тока. Под действием внешнего электрического поля происходит упорядоченное перемещение дырок в направлении линий напряженности поля, т. В направлении, противоположном перемещению электронов связи.
Рассмотренный процесс называется дырочной проводимостью. Таким образом, в чистых (без примесей) полупроводниках возможна электронная проводимость, обусловленная движением свободных электронов, и дырочная. Такого рода проводимость называют собственной проводимостью полупроводников. При нарушении ковалентных связей в кристалле одновременно в одинаковом количестве возникают свободные электроны и дырки. В результате теплового движения, с одной стороны, происходит образование пар электрон—дырка, а с другой — их частичное воссоединение (рекомбинация). При данной температуре в единице объема кристалла число пар в среднем остается постоянным. Проводимость чистых полупроводников (собственная проводимость) осуществляется перемещением свободных электронов (электронная проводимость) и перемещением связанных электронов на вакантные места парно- электронных связей (дырочная проводимость).
ПРИМЕСНАЯ ЭЛЕКТРОПРОВОДНОСТЬ ПОЛУПРОВОДНИКОВ Проводимость полупроводников чрезвычайно сильно зависит от примесей. Именно эта зависимость сделала полупроводники тем, чем они стали в современной технике. Собственная проводимость полупроводников обычно невелика, так как мало число свободных электронов.
Например, в германии при комнатной температуре Ge = 3. 1013 см-3. В тоже время число атомов германия в 1 см3 порядка 1023. Таким образом, число свободных электронов составляет примерно одну десятимиллиардную часть от общего числа атомов.
Собственная проводимость полупроводников имеет некоторое сходство с проводимостью водных растворов или расплавов электролитов. И в том, и в другом случае возникновение свободных носителей заряда обусловлено тепловым движением. Поэтому и у полупроводников, и у водных растворов или расплавов электролитов наблюдается увеличение проводимости с ростом температуры. Существенная особенность полупроводников состоит в том, что в них при наличии примесей наряду с собственной проводимостью возникает дополнительная — примесная проводимость. Изменяя концентрацию примеси, можно значительно изменить число носителей заряда того или иного знака. Благодаря этому можно создавать полупроводники с преимущественной концентрацией либо отрицательно, либо положительно заряженных носителей. Эта способность полупроводников и открывает широкие возможности для их практического применения.
Донорные примеси Если при выращивании монокристалла германия в расплав добавить небольшое количество мышьяка или сурьмы, то при кристаллизации атомы примеси вытесняют отдельные атомы германия из их мест в кристаллической решетке. Мышьяк (и сурьма) имеют по пять валентных электронов. Поэтому атомы примеси, образовав ковалентные связи с четырьмя ближайшими атомами германия и использовав для этого четыре валентных электрона, будут иметь по одному лишнему электрону, слабо связанному с атомным ядром. Вследствие теплового движения практически все лишние электроны атомов примеси оказываются свободными. При добавлении одной десятимиллионной доли атомов мышьяка концентрация свободных электронов становится равной 1016 см-3.
Это в тысячу раз больше концентрации свободных электронов в чистом полупроводнике. Примеси, легко отдающие электроны и, следовательно, увеличивающие число свободных электронов, называют д о норными (отдающими, дарящими) примесями. При наличии электрического поля свободные электроны приходят в упорядоченное движение в кристалле полупроводника, и в нем возникает электронная примесная проводимость.
Поскольку в полупроводнике число электронов значительно больше числа дырок, то электроны являются основными носителями заряда, а дырки — неосновными. Акцепторные примеси Если при выращивании монокристалла германия в расплав добавить некоторое количество трехвалентных атомов, например, индия или галлия, то при образовании кристалла атомы примеси вытеснят из своих мест отдельные атомы германия.
При замещении в кристаллической решетке атома германия атомом примеси, имеющим три валентных электрона, три связи атома примеси с атомами германия окажутся заполненными, а одна связь четвертого атома германия (соседа атома примеси) — незаполненной. Следовательно, в решетке образуется дырка.
Каждый атом трехвалентной примеси образует в кристалле полупроводника одну дырку. Такого рода примеси называются акцепторными (принимающими).
Под действием электрического поля дырки перемещаются в направлении вектора напряженности поля, и в полупроводнике возникает дырочная примесная проводимость. В полупроводнике такого типа основными носителями заряда являются дырки, а неосновными — электроны. Если в полупроводник одновременно вводятся и донорные и акцепторные примеси, то характер проводимости полупроводника определяется примесью с более высокой концентрацией носителей заряда — электронов или дырок. Донорные примеси отдают лишние валентные электроны: образуется полупроводник п-типа.
Акцепторные примеси создают дырки: образуется полупроводник р-типа. ЭЛЕКТРОННО-ДЫРОЧНЫЙ ПЕРЕХОД При контакте двух полупроводников с различными типами проводимости вследствие теплового движения происходит взаимная диффузия носителей заряда через границу соприкосновения (контакт) полупроводников. Электроны из, проводников, где они являются основными носителями заряда, переходят в, тот тип проводников где их концентрация значительно меньше.
Точно так же дырки переходят. В условиях теплового равновесия при отсутствии внешнего электрического напряжения полная сила тока через электронно - дырочный переход равна нулю. Объясняется это следующим образом. Э лектрическое поле способствует движению неосновных носителей заряда, которые «скатываются» с потенциального уступа.
Поэтому все неосновные носители приконтактной области движутся через и образуют ток. С ила тока практически не зависит от разности потенциалов между проводниками определяется только количеством неосновных носителей заряда.
Основные же носители (дырки, движущиеся справа налево, и электроны, движущиеся слева направо) образуют ток. К онтактное поле препятствует движению основных носителей, которые должны преодолеть потенциальный барьер. В состоянии равновесия устанавливается такая высота потенциального барьера (контактная разность потенциалов), при которой полная сила тока Внешнее электрическое поле изменяет высоту потенциального барьера и нарушает равновесие потоков носителей тока через барьер. Предположим, что мы приложили к контакту напряжение такого знака, что потенциал п-области оказывается отрицательным, а р-области — положительным.
Тогда энергия электронов в увеличится, а в уменьшится, а следовательно, высота потенциального барьера станет меньше. При этом сила тока неосновных носителей, как говорилось выше, не изменится. Сила же тока основных носителей увеличится, так как теперь большее количество электронов сможет преодолеть потенциальный барьер и перейти слева направо, а также большее количество дырок — перейти в противоположном направлении.
В результате через контакт будет идти ток, направленный от р-полупроводника к л-полупроводнику; сила тока будет быстро нарастать с увеличением приложенного напряжения. Направление тока, которое возникает в данном случае, называют пропускным, а ток — прямым. В ысота потенциального барьера увеличится и сила тока основных носителей i0 уменьшится.
Уже при напряжениях порядка 1 В этот ток практически обратится в нуль, и поэтому через контакт будет течь только ток неосновных носителей, при этом сила тока будет очень мала. Это направление тока называют запирающим, а ток — обратным. Таким образом, п—р-переход обладает односторонней проводимостью, аналогично выпрямляющему действию двух- электродной лампы — вакуумному диоду. Электронно-дырочные переходы полупроводников широко применяются в современных полупроводниковых приборах.
Электронно-дырочный переход по отношению к току оказывается несимметричным: в прямом направлении сопр о тивление перехода значительно меньше, чем в обратном. ПОЛУПРОВОДНИКОВЫЙ ДИОД Односторонняя проводимость нашла широкое применение в приборах, называемых полупроводниковыми диодами, для выпрямления переменного тока.
Существует много различных типов диодов. Рассмотрим один из типов полупроводниковых диодов. Устройство полупроводникового диода Полупроводниковый диод состоит из монокристаллической пластинки германия, обладающей электронной проводимостью за счет небольшой добавки донорной примеси. Для создания перехода не годится простое механическое соединение двух полупроводников с разными типами проводимости, так как при этом между полупроводниками получается большой зазор. Толщина же должна быть не больше межатомных расстояний. Поэтому в одну из поверхностей пластинки германия вплавляют индий.
В рассматриваемом диод е капля индия 5 вплавлена в верхнюю часть пластинки германия, а нижняя часть пластинки припаяна оловом 7 к металлическому корпусу 4. В процессе плавления атомы индия диффундируют внутрь германия и образуют поверхностную область с дырочной проводимостью. Остальная часть пластинки, куда атомы индия не проникли, осталась с элетронной проводимостью. В результате в пластинке образовались две резко разграниченные области с различными видами проводимости: электронно-дырочный переход. Герметически закрытый сварной металлический корпус 4, в который помещена пластинка германия, изолирует ее от вредных воздействий атмосферного воздуха и света, обеспечивая устойчивую работу электронно-дырочного перехода. От пластинки сделаны два вывода 3, причем один из них (верхний) проходит в металлической трубке 1, изолированной от корпуса стеклом 2.
Металлический корпус выгнут наподобие полей шляпы (радиатор 8) для лучшего охлаждения, так как с повышением температуры снижаются выпрямляющие свойства полупроводниковых диодов (с возрастанием температуры возрастает концентрация неосновных носителей тока, следовательно, возрастает и обратный ток). Аналогичное строение имеют и другие диоды. Вольт-амперная характеристика полупроводникового диода Важной индивидуальной характеристикой диода является его вольт-амперная характеристика. Схему включения приборов при измерении прямого и обратного токов в диоде приходится изменять потому, что при прямом токе силой тока в вольтметре можно пренебречь, так как сопротивление вольтметра значительно больше сопротивления диода. При обратном токе сопротивление диода соразмерно с сопротивлением вольтметра, поэтому миллиамперметр включается последовательно с диодом. С ила тока в проходном направлении с увеличением напряжения растет очень быстро. В запирающем же направлении сила тока очень мала и почти не изменяется с ростом напряжения.
Из вольт-амперной характеристики диода следует, что для него несправедлив закон Ома. Сила тока находится в более сложной зависимости от напряжения (зависимость нелинейная), чем должно быть, согласно закону Ома. Полупроводниковые диоды изготавливают для выпрямления как слабых, так и очень сильных токов. Первые широко применяют в радиотехнических устройствах — радиоприемниках, магнитофонах, телевизорах и т. Здесь они почти полностью вытеснили вакуумные диоды. Диоды, рассчитанные на сильные токи, используют для выпрямления переменных токов на тяговых подстанциях, питающих электротранспорт, а также в электролитических цехах, где производится электролиз, и т. Свойства р—п-перехода используют для выпрямления переменного тока.
На протяжении половины периода, когда потенциал полупроводника р-типа положителен, ток свободно проходит через р—п-переход. В следующую половину периода ток практически равен нулю. ТРАНЗИСТОР Успешное развитие теории твердого тела привело к созданию многих полупроводниковых приборов, важное место среди которых занимает транзистор, который был изобретен в 1951 г. Американскими учеными У.Б.Шокли, У. Браттейном и Дж. Устройство транзистора Наиболее распространенным типом транзистора является плоскостной триод.
Основой для изготовления транзистора, как и полупроводникового диода, служит пластинка монокристалла германия (или кремния), слегка обогащенная до- норной примесью, площадью 2—4 мм2 и толщиной около 100 мкм. На пластинку кристалла германия с двух сторон наносится тончайший слой индия.
После прогревания пластинки в печи на ее противоположных сторонах возникают области, обогащенные атомами индия, проникшими в германий при расплавлении. Эти области монокристалла германия становятся полупроводникам и, а на границах соприкосновения их с основным кристаллом возникают два перехода. Средняя область кристалла называется базой транзистора, а две крайние области кристалла, обладающие проводимостью противоположного базе типа, называются коллектором и эмиттером. Эмиттер и коллектор транзистора отличаются лишь размерами: диаметр коллектора примерно в 2 раза больше диаметра эмиттера. Транзисторы с переходными типами имеют аналогичное устройство, только материал базы в них обладает дырочной проводимостью, а коллектор и эмиттер — электронной. Принцип действия транзистора При использовании транзистора в любой электронной схеме два его электрода должны служить для введения входного сигнала и два — для выведения выходного сигнала.
Поскольку транзистор имеет всего три электрода, один из них обязательно используется дважды и оказывается общим для входной и выходной цепи. Возможны три способа включения транзистора в электрическую цепь: с общей базой, с общим эмиттером и с общим коллектором.
Рассмотрим принцип действия транзистора переходного типа, включенного в цепь с общей базой. В этой схеме переход эмиттер—база включен в пропускном направлении, а переход коллектор — база в запирающем направлении. Между эмиттером и базой включается источник тока G1 с ЭДС порядка 1—1,5 В и к точкам 1, 2 подводится входное переменное напряжение U (сигнал), подлежащее усилению.
К выводам от базы и коллектора присоединяется батарея элементов G2 и нагрузочный резистор R. На этом резисторе получается выходное напряжение С вых. При создании напряжения между эмиттером и базой, поскольку эмиттерный переход включен в пропускном на-правлении, основные носители заряда полупроводника— дырки проникают в базу, где они являются уже неосновными носителями. При изготовлении транзистора добиваются того, чтобы концентрация свободных электронов в базе была на 2—3 порядка меньше концентрации дырок в эмиттере.
Поэтому встречный поток электронов из базы в эмиттер можно не учитывать. Поскольку толщина базы очень мала (не больше 10 мкм) и число основных носителей заряда (электронов) в ней невелико, попавшие в нее дырки почти не рекомбинируют с электронами базы и проникают в коллектор за счет диффузии. Правый (коллекторный) р—га-переход закрыт для основных носителей заряда базы — электронов, но не для дырок. В коллекторе дырки увлекаются электрическим полем, созданным батареей G2, и замыкают цепь. Сила тока, ответвляющегося в цепь эмиттера из базы, очень мала, так как площадь сечения базы в горизонтальной плоскости много меньше сечения в вертикальной плоскости.
Сила тока в цепи эмиттера практически равна силе тока в цепи коллектора, так как почти все дырки (до 99,9%), попадающие из эмиттера в базу, переходят далее в коллектор. Поэтому при изменении силы тока в цепи эмиттера почти так же (во столько же раз) изменяется сила тока в цепи коллектора. Сопротивление резистора R мало влияет на силу тока в коллекторе, и это сопротивление можно сделать достаточно большим. Незначительные колебания входного напряжения UBX вызывают значительные колебания сил токов 7Э и, следовательно, выходного напряжения 17вых, так как сопротивление R велико. При большом сопротивлении резистора R изменение напряжения на нем может в десятки тысяч раз превышать изменение входного напряжения. Это и означает усиление напряжения.
Одновременно и мощность, выделяющаяся на нагрузке R, будет значительно превышать мощность, расходуемую в цепи эмиттера. Происходит усиление мощности. Работа транзистора га—р—га-типа отличается от работы транзистора р—га—р-типа лишь тем, что электрический ток в этом случае обусловлен движением электронов (а не дырок).
Эмиттер поставляет электроны в область базы, откуда они уходят в коллектор. Поскольку меняется знак носителей тока, меняются и полярности питающих источников тока Применение транзисторов Транзисторы получили широкое распространение в современной технике. Их используют для усиления и генерации электрических колебаний. (Об этом будет рассказано в дальнейшем.) Они применяются во многих электрических цепях научной, промышленной и бытовой аппаратуры. Портативные радиоприемники, использующие такие приборы, в обиходе тоже получили название «транзисторы». Диоды и транзисторы, а также так называемые интегральные схемы, созданные на их основе, определяют уровень электроники, микроэлектроники, вычислительной техники. Полупроводниковые интегральные микросхемы — это монолитные функциональные узлы, все элементы которых изготавливаются в едином технологическом процессе.
Именно благодаря применению интегральных микросхем удалось достигнуть значительных успехов в миниатюризации многих радиотехнических устройств. Эти схемы широко применяются в современных электронно-вычислительных машинах и микропроцессорах. Полупроводниковые приборы (диоды и транзисторы) обладают рядом преимуществ по сравнению с радиолампами: у них нет накаливаемого катода и поэтому они потребляют меньшую мощность; имеют высокий КПД — до 50% (в то время как у вакуумных ламп он меньше 1%); низкие напряжения питания, малые размеры. В этих приборах не требуется создания вакуума, как в электронных лампах, поэтому надежность и срок службы у них гораздо больше. Полупроводниковые приборы безынерционны, т.
Не требуют времени для разогрева, как электронные лампы, а начинают работать мгновенно после включения. Серьезным недостатком полупроводниковых приборов является их большая чувствительность к повышению температуры, поэтому нельзя допускать их электрической перегрузки; они требуют также большой осторожности при монтаже. Свойства р—п-перехода в полупроводниках используются для усиления и генерации электрических колебаний. Опыты Зависимость сопротивления полупроводников от освещенности. Все материалы, размещенные на сайте, созданы авторами сайта либо размещены пользователями сайта и представлены на сайте исключительно для ознакомления. Авторские права на материалы принадлежат их законным авторам. Частичное или полное копирование материалов сайта без письменного разрешения администрации сайта запрещено!
Мнение редакции может не совпадать с точкой зрения авторов. Ответственность за разрешение любых спорных моментов, касающихся самих материалов и их содержания, берут на себя пользователи, разместившие материал на сайте. Однако редакция сайта готова оказать всяческую поддержку в решении любых вопросов связанных с работой и содержанием сайта. Если Вы заметили, что на данном сайте незаконно используются материалы, сообщите об этом администрации сайта через форму обратной связи.