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.
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).
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.
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 >> |