Попов В.С., Николаев С.А. Общая электротехника с основами электроники (1972) (1095872), страница 75
Текст из файла (страница 75)
Вводя в кристалл полупроводника атомы других элементов, можно получить в кристалле преобладание количества свободных электронов над дырками, или, наоборот, преобладание количества дырок над свободными электронами. Например, при внесении в основное вещество примесей путем замещения в кристаллической решетке атома германна атомом мышьяка, имеющим пять валеитных электронов, четыре электрона мышьяка образуют заполненные связи с соседними атомами германия, а пятый электрон, слабо связанный с атомом мышьяка, превратится в свободный (рис.
17-2, а). Поэтому примесь мышьяка увеличивает электронную проводимость. При замещении атома германия атомом индия, имеющим три валентных электрона, они вступят в ковалеитную связь с тремя атомами германия, а связи с четвертым атомом германия будут отсутствовать, так как у индия нет четвертого электрона (рис. !7-2, б), Восстановление всех связей возможно, если недостающий четвертый электрон будет получен от ближайшего атома германия. Но в этом случае на месте электрона, покинувшего атом германия, появится дырка, которая может быть заполнена электроном из соседнего атома германия.
Процесс последовательного заполнения свободной связи эквивалентен движению дырок в полупроводнике. Таким образом, примесь индия повышает дырочную проводимость кристалла германия. Полупроводники с преобладанием электронной проводил(ости называются полупроводниками типа и (от латинского слова пена()че — отрицательный), а полупроводники с преобладанием дырочной проводимости — типа р (от латинского роз!Нче — положительный). Носители заряда, определяющие собой вид проводимости в примесном полупроводнике, называются о с и о в н ы м и (электроны в и-полупроводнике или дырки в р-полупроводнике), а носители ка юпрпн Рис.
17.2. Искрения кристаллической решетки полупроволииха. а -Лонорна» прниссь (мышьяка Π— аниепториаи прииссь (инаиях заряда противоположного знака — н е о с н о в и ы м.и. Примеси, вызывающие преобладание электронной проводимости, т. е. такие, у которых валентных электронов больше, чем у атома данного полупроводника, называются донор- ными.
Примеси, вызывающие преобладание дырочкой проводимости, т. е. примеси с меньшим числом валентных электронов в атоме по сравнению с атомом данного полупроводника, называются ок((епторными. Донорной примесыс для германия являются,' например, мышьяк, сурьма, фосфор, а акцепторной — индий, галлий, алюминий и др. В зависимости от процентного содержания примеси про. водимость примесного полупроводника возрастает по срав.
пению с собственной проводимостью полупроводника в де. сятки и сотни тысяч раз. Например, если в нормальных условиях в 1 см' чистого германия содержится примерно 4,2 10ее атомов и 2,5 10(а электронов проводимости и дырок, 455 (б* то примесь мышьяка в количестве 0,001% вызовет появле- ние в том же объеме дополнительно 10тт электронов прово- димости, которые обеспечат увеличение электронной про- водимости примерно в 10 ООО раз. 47-3. Полупроводниковый вентиль Пол у п р о в од н и к о в ы й в е н т и л ь— прибор, представляющий собой контактное соединение двух полупроводников, одни из которых с электронной проводимостью, а другой с дырочной (рис.
17-3), например германий типа р и германий типа п. Вследствие большей концентрации электронов в полупроводнике а по сравнению с полупроводником р будет происходить диффузии электронов из первого полупроводника во второй. Аналогично будет происходить диффузия дырого в полупроводник и. В тонком пограничном слое полупроводника и возникает положительный объемный заряд, в по- граничном слое пол упроводни ка р — отрицательный заряд Между разноименными заря-+1- женными слоями возникает разность потенциалов — поаенцшиьгний барьер — и обра- +~ п +',8 +! Р Э ~ !— ч- зуется электрическое поле Рис. 17-3.
Полупроиолникоиый вентиль и его условный анак. пер~ ствующее дальнейшей диффузии, которая прекратится при равенстве сил электрического поля и сил, вызывающих диффузию. Тонкий пограничный слой, обедненный основными носителями зарядов и обладающий большим сопротивлением, называют з а п н р а ю щ и и с л о е м или р-а-переходом. 'Соединив положительный зажим источника питания . с металлическим электродом полупроводника р, а отрицательный зажим — с электродом полупроводника а, получим в приборе внешнее электрическое поле У,„,, направленное навстречу полю р-п-перехода; под действием внешнего поля электроны и дырки будут двигаться навстречу друр другу (рис. 17-4). При таком движении электронов и дырок число основных носителей заряда в переходном слое возрастает, а объемный заряд уменьшится; следовательно, уменьшится потенциальный барьер и сопротивление переходного слоя.
Таким образом в цепи установится ток !а„ называемый прямым, который будет значительным даже при относительно небольшом напряжении источника лита. ния. Поменяв присоединение полюсов источника питания к вентилю (рис. 17-5), получим внешнее поле одного направления с полем р-и-перехода и, следовательно, усиливающим еео. Теперь поле еще больше будет препятствовать прохождению основных носителей заряда через запирающий слой. Кроме того, внешнее поле вызовет движение электронов зевещ ' Рнс.
17-5. Включение вентиля а обратном напрааленнн. Рнс. !7-4. Включенне аентнля н прямом напрааленнн. в п-полупроводнике и дырок в р-полупроводнике в противополпжные стороны от запирающего слоя. Это повлечет за собой увеличение обьемного заряда, потенциального барьера и сопротивления запирающего слоя. Ток /,ер, называемый обрапипни, весьма мал и в ряде практических случаев может считаться равным нулю. Итак, контактное соединение двух полупроводников о разными проводимостями обладает явно выраженной односпюронней проводимостью, т. е. является вентилем. Условный знак вентиля показан на рис.
17-3. Отношение прямого тока к обратному току при одном и том же напряжении называется к о эффи ц н енто и выпрямления: », = 7ер17ебр ' (17-1) 47-4. Гермвниевые и кремниевые диоды Полупроводниковым диодом или полупроводниковым вентилем называется прибор, предназначенный для преобразования одних электрических величин в другие электрические величины, имеющий электроннодырочный р-и-переход. Диод имеет два внешних вывода. 457 Рис. !7-7, Вольт-ампериая характеристика гермаииевого точечного вентиля, Рис, 17-6.
Гермаииевый точечный вентиль. диаметролг около 3 и длиной 9 мм, в который впаяны два проводниковых вывода, на конце одною из них укреплен кристалл германия 1 с п-проводимостью, на конце другого— тонкая заостренная проволочка — игла 2 из индия. Запирающий слой (р-и-переход) образуется в процессе формовки диода при пропускании.импульсов тока, под действием с каг р 7грманий а) в) Рис.
17-8. Гермаииевый плоскостной вентиль типа Л-7 которых атомы индия диффундируют в кристалл германия, образуя в нем полусферическую область (рис. 17-6) с дырочной проводимостью. Наибольший прямой ток этого вентиля 16 мА, максимальное допустимое обратное напряжение 50 В. Вольт-амперная характеристика вентиля показана на рис. 17.7. 488 В германиевых и кремниевых диодах используются явления, происходящие в р-и-переходах между областью кристалла германия с р-проводимостью и областью с и-проводимостью.
Опи изготовляются точечными, микроплоскостными и плоскостными. Точечный германиевый диод (рис. 17-6) состоит из стеклянного (или металлостеклянного) баллона М и к р о п л о с к о с т н ы е д и о д ы отличаются от точечных несколько большей поверхностью р-а-перехода. Плоскостной вентиль (рис.
17-8,а) состоит из пластины германия 1 с примесью мышьяка или сурьмы, имеющей электронную проводимость, и иидиевой таблетки 2. При изготовлении диода они нагреваются до температуры около 500' С, при которой таблетка индия плавится, ее атомы диффундируют в германий, образуя область 2а (рис. 17-8, а) с дырочной проводимостью. На границе днух областей и создается р-п-переход. На рис, 17-8, б показано устройство одного из плоскостных германиевых диодов. В металлическом кор.
пусе б укреплен проводник 4 с рас- Рис. 17-10. Кремниевый диод типа ВК-100. Рис. 17.9. Вальт.амперная ка. рактернстнка плоскостного веи. тил я. положенным на конце кристаллом германия 1. Электрод 2 из индия соединен с одним из выводов 7 проводником Я, проходящим через изолятор 6. Выпрямленный наибольший ток вентиля 300 мА, максимальное допустимое обратное напряжение 50 В.
На рис. 17-9 дана вольт-амперная характеристика плоскостного вентиля. Германиевые диоды допускают плотность тока до 100 А/сма при прямом напряжении до 0,8 В. Рабочая температура — 60 — + 75' С. Выпрямительные кремниевые диоды изготовляются вплавлением алюминия в кремний и-типа. У этих диодов плотность тока доходит до 200 А/сма при прямом напряжении до 1 — 1,2 В. Рабочий ток до 1 000 А, допустимое обратное 409 напряжение обычно 700 — 800 В, иногда более 1 000 В. В кремниевых вентнлях обратный ток на несколько порядков, меньше, чем у германневых.
Рабочая температура — 60 — +160'С. На рнс. 17-10 показан кремниевый днод типа ВК-100 с воздушным охлаждением на номинальный ток 100 А. 17-5. Меднозанисные и сененовые диоды Меднозакнсный вентиль (рис. 17-11) состоит нз медного диска 7, на который наносятся слой закнсн меди 2. К последнему прилегает для получения хорошего контакта свинцовый диск д, а за ннм расположен тонкий большего днаметра латунный диск 4 — радиаяюрный. предназначенный для отвода тепла. Слой закнсн меди (СнОт) получается р п.лг)жоВ Рнс. 17-11. Устройство мениоаакисноговентиля.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
