Е. Айсберг - Транзистор - Это оччень просто!, страница 6

заполняет ближайшую к отрипательпому полюсу пырну, одновременно лругай электрон покидает ближайший к положительному полюсу атом, на его честе возникает новая .дырка", н все начинается сначала1.. Н.— Если, как я предполагаю, к кристаллу приложить напряжение. Л. — Очевидно. Но проследи внимательно, что происходит в этом случае (рис. (3). Придя с той стороны, где находится отрицательный полюс, электрон заполнил дырку трехвалентного атома. Следовательно, электрон приблизился к положительному полюсу, тогда как новая дырка образовалась в соседнем атоме, расположенном ближе к отрицательному полюсу.

Затем происходит это же явление. Новая дырка в свою очередь заполняется электроном, приблизившимся таким образом к положительному полюсу, а образовавшаяся за этот счет дырка оказалась еще ближе к отрицательному полюсу. И когда в итоге такого путешествия электрон достигает положительного полюса, откуда он направляется в источник тока, дырка достигает отрицательного полюса, где она заполняется электроном, поступившим из источника тока. ЯЯ.- Два потпокп .+ Н.— Значит, когда электроны, как им и полагается, направляются к положительному полюсу, дырки перемещаются к отрицательному полюсу, как если бы они были частицами с положительными зарядами.

Л.— Да, действительно, все происходит так, как если бы в полупроводнике с трехвалентными примесями положительные заряды, противоположные электронам, перемещались от положительного полюса к отрицательному. Н. — Таким образом, дырки следуют по условно принятому направлению электрического тока от положительного полюса к отрицательному, тогда как электроны движутся в обратном направлении.

Йо можно лн сказать, что здесь мы имеем электрический ток, созданный положительными зарядами? Л. — А почему бы и иет? Не надо только забывать, что дырка пред. сгавляет собой лишь свободное место, предназначенное для электрона. Н. — Я предполагаю, что полупроводник, содержащий трехвалентные примеси, должен принадлежать к типу р (от слова роз(1(те — положительный). Л. — Ла, так его н называют. И раз уж ты сейчас в настроении серьезно поразмыслить, может быть, ты скажешь мне„что происходит с атомами примеси, когда электроны с соседних атомов заполняют их дырки.

Н. — Они становятсн отрицательно заряженными ионами, потому что количество электронов стало больше количества их протонов... Весьма любопытно, что в полупроводаике типа л примеси ионизнруются положительно, а в полупроводнике типа р — отрицательно. Л. — Я добавлю, что атомы примесей типа р, такие как атомы алюминия, галлия или индия, часто называют а к ц е и т о р а м и, так как онн принимают на себя элентроиы, тогда как атомы примесей типа л отдают их полупроводнику. Н.

— Я начинаю чувствовать, что в маей голове нз всех этих доноров и акцепторов получается винегрет. Л. — Поэтому я дам тебе маленькое мнемоническое правило: в слове «донор» есть буква эн (л), а в слове акцептар — буква пэ (р). Н. — Спасибо, это несколько облегчит проблему. У В йК«в-) О+ О+ й, б) ~+> ьэ (З О+й Переход, предппав.гйяющий собой барьер Л. — Раз ты уже знаешь нравы кристаллических обществ, спокойствие ноторых нарушается экстравагантными семьями доноров и акцепторов, рассмотрим теперь, что даст объединение полупроводника типа и с полупроводником типа р.

Представь себе, что, взяв чистый кристалл германия, я одну половину его «отравил», введя атомы-доноры (например, атомы мышьяка), а в другую половину ввел атомы-акцепторы (индия, если хочешь). Зона рааграинчения между разными типами подупроводников носит аазвание р-и перехода Его толщина порядка 0,3 згк, но такая ничтожная протяженность зоны р-л перехода не мешает ей играть колоссальную роль. Н.

— Я ие вижу в этом переходе ничего особенного. В каждой половине нашего кристалла электроны будут продолжать сваи короткие прогулки, совершенно не ведая, что происходит в его второн половине. Л.— Ошибаешься, друг мой. Обычный тепловой ток в этом случае будет сопровождаться другим явлением. Отрицательно ионизированные примесные атомы области р оттолкнут от перехода свободные электроны в области щ Н. — Правда, а я и не подумал об этом взаимвом отталкивании одноименных зарядов...

Но в этом случае положительно ионизнрованные атомы области и должны оттолкнуть от перехода дырки в области р. Л. — Правильно, эти дырки (которые можно рассматривать как элемегжзрные положительные заряды) отталкнззготся. В денстзнтельностн же положительные ионы области л притягивают электроны области р к переходу, в результате чего имеющиеся там дырки заполняются. Вырванные таким образом электроны оставляют дырки на удаленных от пере- хола атомах. Но все происходит так, как егли бы дырки области р ушли ат р-л перехода (рис. 14).

Н.— Значит, в прилегающем к переходу пространстве области р все атомы-акцепторы будут заполнены, т, е. ионизированы отрицательно. Точно так же в области л все атолгы-доноры вблизи перехода потеряют по электрону, что сделаег их положительиымя ионами. В то нге время свободные носители электрических зарядов (электроны и дырки) в области р-и перехода отсутствуют, так как заряды ионов примесек оттолкнули их отсюда к краям кристалла. Все зто очень любопытно: иаш переход превращается в своего рода барьер между двумя областями, из которых одна с отрицательным, з дру~ая с положитедьным потенциалом, Л.— Да, ты очень хорошо рассудил: переход представляет собой настоящий п от ен ци а льный б ар ь ер.

В этом тончайшем слое полупроводника потенциал иопизированных атомов резко переходит от положительного значения (в области и — не забудь этого!) к отрицательному (в области и). Но в общей сложности кристалл остается нейтральным, сп оллнгории бй д(ирна Рнс. (4. Перехох р-п, Дырнн области р оттзлкнвзютсн от перекопе, остзвлян возле него отрнцвтельные ноны зкпепторноя примеси, Точно тек же своболнмс электроны облэстнп оттзлкнеэются от перехоле, оставляя возле него положительные ноны донорной примеси. Запомните хорошенько прннятые здесь четыре условных обознзчснвя,тлк кзк онн пспользуются «в следуюшнх рнсункзх.

О+ Ипнплидивинне(й Уиж)и й Ианилирилпэниа ал(ргиигиР так как в целом подои(ительные и отрицательные заряды уравновешивают друг. друга. Создав в полупроводнике области типа и и типа л, мы просто вызвали перемещение подвижных зарядов в оба конца каждой области, тогда как в отсутствие р-и перехода заряды распределяются равномерно по всему кристаллу.

Н. — Все это представляется мне совершенно ясным, но какая нам польза от этого перехода с его потенциальным барьером? Л. — Ты сразу же ее обнаружишь, если приложишь к р-л переходу напряжение. д.йЕКРиУОНЫ йб дЫУКйб Иа тйРОгУ.?йКЕ Н, — Я предполагаю, что мы получим ток, образуемый свободными электронамн области и и дырками области и, причем одни движутся в одну, а другие — в обратную сторону.

Л. — Сказанное тобой может быть правильно, но ты слишком спешишь. Сначала необходимо рассмотреть порознь, что происходит в нашем полупроводнике с р-п переходом при одной и другой полярности приложенного напряжения. Первоначально допустим, что положительный полюс источника напряжения соединен с областью и, а отрицательный полюс— с областью и (рис. )В). Рнс. !о, Прохожденне тома через р.п перекоп. Нз рисунке обозначены только но. снтелн зарядов: электроны (помечены энл. ком минус) н лыркн (помечены знаком плюсп з доноры области и н лкпевторы облзстн р длэ большей ясности опушены, Н.

— Хорошо. В области и свободные электроны полупроводника будут отталииваться в сторону перехода электронами, поступающими нз источника напряжения. Они пересекут переход и примутся заполнять дырки, которые положительный потенциал источника подогнал к этому переходу. Л. — Чтобы быть более точными, скажем, что положительный полюс источника будет притягивать к себе электрон каждый раз, когда другой электрон преодолеет переход, перепрыгнув из области п в область р. Электрон, притянутый источником, создает дырку, которая будет заполнена электроном, расположеняым ближе к переходу, на месте этого электрона возникнет дырка и т. д., дырка будет перемешаться в сторону перехода, пока она не будет заполнена там новым электроном, пришедшим из области и, Н. — Следовательно, я был абсолютно прав, когда сказал, что возникает тотс образуемый электронами и дырками, перемещающимися в противоположных направлениях.

Л. — Да, это правильно, когда приктадывают, как мы это сейчас сделали, напряжение в п р я м о м направлении, т. е. присоединяют полоукительный полюс источника к области р, а отрицательный полюс — к области л. Но если приложить напряжение в о бр а тном направлении, то результат будет иным (рис. 16). ((б(77 Ну у 77) ги таю Налрллгенпе, в Рнс. 17. Завкснмость обратного тока через р-и переход от пркложенного напряжены». Внимание: кривая прнвелена не в линейном, а в логарнфмнчесном масштабе. Ркс.

1б, Прнлага» к р-и перекопу обратное напряхгенне, мы лишь оттягиваем алектраны к лыркн от границы раздела двух областей. Такач образом .потенцнзлькмй барьер', вмСота которого повышается, препятствует прохождению така. Н. — Почему жеу Электроны отрицательного полюса источника притянут дырки области р ближе к концу кристалла полупроводника. А к другому концу кристалла ~олозкительный потенциал источника притянет свободные электроны. Вот неожиданность!.. Ведь прн этом ни электроны, ни дырка не будут пересекать переход, а потенциальный барьер только увеличится, значит, никакого тока мы не получим( Л, — Не я заставлял тебя говорить это.

Ты сам видел, что ток может установиться только при приложении прямого напряжения, когда положительный полюс соединяется с областью р, а отрицательный с обла. стью и, Ио если ты поменяешь полярность, то тока не будет или же будет только чрезвычайно малый о бр а ты ы й ток (рис. 17). Н. — Лаже если приложить высокое напряжениер Л.— 1(аже и в этом случае, но до известного предела.