fon1

p-n переход: устройство и принцип работы

Полупроводники занимают промежуточное положение по проводимости электрического тока между диэлектриками и проводниками. Для создания полупроводниковых приборов в основном используют германий, кремний, арсенид галлия и селен.

В проводниках носителями зарядов являются электроны. В полупроводниках кроме них еще есть, так называемые, дырки. Даже при комнатной температуре некоторые электроны приобретают энергию достаточную для отрыва от атома и пускаются в свободное плавание. Они так и называются - свободные электроны.
Дырка - это свободное место в атоме потерявшее электрон. Но на дырочное место может перейти электрон из соседнего атома и электронное место уже становится "дырявым". Поэтому дырка так же будет блуждать по полупроводниковому кристаллу.

Если при воздействии на кристалл электрического поля свободные электроны являются элементами проводимости и создают в полупроводнике ток, тогда он называется полупроводник с электронной проводимостью, или проводимостью n-типа.

Электропроводность полупроводникового кристалла, получаемая за счет направленного движения дырок, - это дырочная проводимость, или проводимость р-типа.

Работа полупроводниковых приборов основывается на процессах, происходящих при соединении полупроводников разной проводимости.
Для их изготовления вводят в чистый полупроводник примеси, которые делают его с электронной или дырочной проводимостью. Границу между обогащенными примесями областями кристалла р и n типа называют p-n переходом.

p-n1

В следствии диффузии некоторые дырки из области р-типа будут переходить в область n-типа, а свободные электроны в область р-типа (рис.a).
В тонком слое p-n перехода электроны и дырки рекомбинируют, т.е. произойдет взаимная компенсация зарядов, и поэтому слой имеет мало свободных носителей заряда. Его называют обедненным слоем p-n перехода, который является запирающим слоем для основных носителей зарядов.

Слой p-n перехода похож на конденсатор у которого заряженные пластины - это заряженные границы перехода , а диэлектрик - обедненный слой.
В полупроводнике из германия напряжение на p-n переходе Uпер. достигает 0,25-0,3 вольта, а из кремния - 0,4-0,5 вольт. Между границами p-n перехода возникает электрическое поле Епер., которое называется потенциальным барьером p-n перехода. (рис.а).

p-n4

Если подать обратное напряжение, Uобр. созданное источником напряжения, на полупроводниковые контакты, как показано на рис.b, тогда внешнее поле Евн.,созданное источником напряжения, будет направлено в том же направлении как и поле p-n перехода Епер. которое заставит основным и не основным носителям заряда устремятся к контактам с противоположным потенциалом. Это приведет к тому, что концентрация зарядов у контактов увеличится, а у p-n перехода уменьшится. За счет этого потенциальный барьер займет освободившееся место обедненное зарядами и расширится, что приведет к еще большей блокировке носителей зарядов.
Однако, даже при таких условиях через барьер p-n перехода будет протекать незначительный обратный ток Iобр., созданный неосновными носителями.

p-n5

При подаче прямого напряжения Uпр.(рис.C) внешнее поле Евн. направлено противоположно полю p-n перехода Епер.
Электроны и дырки, получив дополнительную энергию, начинают целенаправленно двигаться к p-n переходу, компенсируя заряды на нем. А это значит, что напряжение на переходе начнет уменьшаться и запирающий слой будет сужаться.
При разности Uпр. - Uпер. = 0 p-n переход открывается и в полупроводнике начинает течь прямой ток Iпр.

Следовательно, p-n переход обладает выпрямительным, или вентильным, свойством, который и используется в полупроводниковых приборах.

<< Предыдущая Cледующая >>

Вверх

radionet