Трофимова Т.И. - Курс физики (1092345), страница 128
Текст из файла (страница 128)
337, б), то оно вызывает движение электронов в п-полупроводнике и дырок в р-полупроводнике к границе р-и-перехо- да навстречу друг другу. В этой области они рекомбинируют, толщина контактного слоя н его сопротпвление уиеныпаются. Следовательно, в этом направлении электрический ток проходит сквозь р-и-переход в направлении от р-полупроводника к и-полупроводннку; оно называется пропускным (прямым).
Таким образом, р-л-переход (подобна контакту металла с полупроводником) обладает односторонней (вентильной) проводимостью. На рис. 338 представлена вальт-амперная характеристика р-и-перехода. Как уже указывалось, прн пропускном (прямом) напряжении внешнее электрическое поле способствует движению основных носителей тока к границе р-л-перехода (см. рис. 337, б). В результате толщина контактного слоя уменыпается. Соответственно уменьшается и сопротивление перехода (тем сильнее, чем больше напряжение), а сила тока становится большой (правая ветвь на рис. 338).
Это направление тока называется прямым. При запирающем (обратном) напряжении внешнее электрическое поле пре- 404 6 Элементы квантовой физики атомов, молекул и пырдых гел пятствует движению основных носителей тока к границе р-л-перехода (см. рис. 337, а) и способствует движению неосновных носителей тока, концентрация которых в полупроводниках невелика.
Это приводит к увеличению толщины контактного слоя, обедненного основными носителями тока. Соответственно увеличивается и сопротивление перехода. Поэтому в данном случае через р-л-переход протекает только небольшой ток (он называется обратным), полностью обусловленный иеосновными носителями тока (левая ветвь рис. 338). Быстрое возрастание этого така означает пробой контактного слоя и его разрушение.
При включении в цепь переменного тока р-л-переходы действуют как выпрямители. 3 250. Полупроводниковые диоды и триады (транзисторы) Односторонняя проводимость контактов двух полупроводников (или металла с полупроводником) используется для выпрямлении н преобразования переменных токов. Если имеется один электронно-дырочный переход, то его действие аналогично действию двухэлектродвой лампы— диода (см.й (05). Поэтому полупроводниковое устройство, содержащее один р-л-переход, называется полупроводниковым (кристаллическим) диодом.
Полупроводниковые диоды по конструкции делятся на точечные и плоскостные. В качестве примера рассмотрим точечный германиевый диод (рис. 339), в котором тонкая вольфрамовая проволока 1 прижимается к л-германию 2 острием, покрытым алюминием. Если через диод в прямом направлении пропустить кратковременный импульс тока, то при этом резко повышается диффузия А! в Ое и образуется слой германия, обогащенный Рис. 339 Рис.
349 алюминием и обладающий р-проводимостью. На границе этого слои образуется р-л-переход, обладающии высоким коэффициентом выпрямлеиия. Благодаря малой емкости контактного слон точечные диады применяются в качестве детекторов (выпрямителей) высокочастотных колебаний вплоть до сантиметрового диапазона длин волн. Принципиальная схема плоскостного меднозакисного (купроксного! выпрямителя дана на рис, 340. На чедную пластину с помощью химической обрабозки наращивается слой закиси меди СптО, каторый покрывается слоем серебра.
Серебряный электрод служит только для включения выпрямителя в цепь. Часть слоя СцзО, прилегающая к Сп и обогащенная ею, обладает электроннои проводимасзью, а часть слоя СпэО, прилегающая к Ай и обогащенная (в процессе изготовления выпрямителя) кислородом,— дырочной проводимостью. Таким образом, в толще закиси меди образуется запирающий слой с пропускным направлением тока от Сп40 к Сп (р — л). Технология изготовления германиевого плоскостного диода описана в $249 (см. рис, 325). Распространенными являются также селеновые диоды и диоды на основе арсенида галлия и карбида кремния. Рассмотренные диоды обладают целым рядом преимуществ по сравнению с электронными лампами (малые габаритные размеры, высокие к.
и. д. н срок службы, постоянная готовность к работе и т. д.), ио ани очень чувствительны к температуре, поэтому интервал их рабочих температур ограничен (от — 70 до + (20 "С!. р-л-Переходы обладают не только прекрасными выпрямляющими свойствами, но могут быть использованы также для усиления, а если в схему ввести Гл а в а 31 Элементы физики твердого пла кл обратную связь, то и для генерирования электрических колебаний. Приборы, прел- назначенные для этих целей, получили название полупроводниковых триодов илн транзисторов (первый транзистор создан в 1949 г. американскими физиками Д. Бардином, У. Браттейном и У. В!окли; Нобелевская премия !9ББ г.). Для изготовления транзисторов ис пользуются германий н кремний, тэк как они характеризуются большой механической прочностью, химической устойчивостью и большей, чем в других полупроводниках, подвижностью носителей тока.
Полупроводниковые триоды делятся на точечные и плоскостные. Первые значительно усиливают напряжение, но нх выходные мощности малы из-за опасности перегрева (например, верхний предел рабочей температуры точечного германиево-' го триода лежит в пределах 50 — БО 'С). Плоскостные триоды являются более мощнылмк Они могут быть типа р-и-р н типа и-р-и в зависимости от чередования обласзей с различной проводимостью Лля примера рассмотрим принцип работы плоскостно~о триода р-и.р, т.
е. триода на основе и-полупронодника (рис, 341) Рабочие «электроды» триода, которыми являются база !средняя часть транзистора), змиттер н коллектор (прилегающне к базе с обеих сторон области с иным типом проводимости), включаются в схему с помощью иевыпрямляющих контактов— металлических проводников. Между эмиттером и базой прикладывается постоинное смешаюшее напряжение в прямом наврав. ленни, а между базой и коллектором— постоянное смещаюшее напряжение в обратном направлении. Уснливаемое пере- База Эмипе Коллектор Рис. 341 менное напряжение подается на входное сопротивление )г.„ а уснлениое— сии ~антея с выходного сопротивления й.„,.
Протснанне тока в цепи эмнттера обусловлено в основноч движением дырок (онн являются основными носителями тока) и сопровождается их «впрыскивани. ем» вЂ” - ннжекцней — — в область базы. Проникшие в базу дырки диффундируют по направлению к коллектору, причем при небольшой толщине базы значительная часть инжектированных дырок достигает коллектора Здесь дырки захватываются полем, действующим внутри перехода (прнтягиваются к отрицательно заряженному коллектору), и изменяют ток коллек~ора.
Следовательно, гсякое изменение тока в цепи эмнттера вызывает изменение тока в цепи коллектора. Прикладывая между эмиттером и базой переменное напряжение, получим в цепи коллектора переменный ток, а на выходном сопротивлении — переменное напряжение. Величина усиления зависит от свойств р-и-переходов, нагрузочных сопротивлений н напряжения батареи Ь..
Обычно г(„,»й,„, поэтому (1„, значительно превышает входное напряжение ()„, (усиление может достигать 10000). Так как мощность переменного тока, выделяемая в )г„„, может быть больше, чем расходуемая в цепи эмнттера, то транзистор дает и усиление мощности. Эта усиленная мощность появляется за счет источника тока, включенного в цепь коллекз ора. Из рассмотренного следует, что транзистор, подобно электронной лампе, дает усиление н напряжения н мощности. Если в лампе вводный ток управляется напряжением на сетке, то в транзисторе ток коллектора, соответствующий анодному току лампы, управляется напряжением на базе.
Принцип работы транзистора и-р-и-типа аналогичен рассмотренному выше, но поль дырок играют электроны. Существуют и другие типы транзисторов, так же как и другие схемы их включения. Благодаря своим креям)чьествал1 перед алек. тронными лампами (малые габаритные б Элементы квантовой физики атомон, мгшекуз~ и твердых тел 406 транзистор совершил революцию в области электронных средств связи и обеспечил создание быстродействующих ЭВМ с большим объемом памяти, размеры, высокие к. п. д. н срок службы, отсутствие накалнваемого катода (поэтому потребление меньшей мощности), отсутствие необходимости в вакууме и т.
д,) Контропьные аопросы В чем суть адиабатического приближения и приближения самосагласованного поля? Чем отличаются энергетические состояния электронов в изшгироаанном атоме и кристалле? Что такое запрещенные и разрешенные энергетические зоны? Чем различаются по нонной теории патуяроводннки и диэлектрики? металлы и диэлектрики? Когда по ванной теории твердое тело является проводником электрического тока? Как объяснить увеличение проводимости полупроводников с повышением температуры? Чем обусловлена провОдимость собственных полупроводников) Почему уровень Ферми в собственном полупроводнике располоисен в середине запрещенной заныэ Доказать это положение. Каков механизм электронной примесной проводимости полупроводников? дырачнай примесной проводимости? Почему прн достаточно высоких температурах з примесных полупроводниках преобладает собственная проводимость? Каков механизм собственной фотапроводимости? примесной фотопроводимости? Что такое красная граница фотопроводичастиэ Каковы по венной теории механизмы возникновения флуоресценции и фосфоресценции? В чеч причины возникновения контактной разности потенциалов? В чем суть термоэлектрических явлений? Как объяснить их возникновение? Когда возникает запирающий контактный слой при контакте металла с полупроводником и-типа? с полупроводником р-типа? Объясните механизм его образованна.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
