Учебник - Электричество - Калашников С.Г. (1238776), страница 102
Текст из файла (страница 102)
Тогда энергия электронов в и-области увеличится, а в р-области уменьшится, а, следовательно, высота потегщиального барьера станет меныпе. При этом ток неосновных носителей г„, как говорилось выше, не изменится, Ток же основных носителей г, увеличится, так как теперь больше электронов сможет преодолеть потенциальный барьер и перейти слева направо и болыпе дырок — перейти в противоположном направлении.
В результате через контакт будет идти ток г = ге — г„, направленный от р к и; сила тока будет быстро нарастать с увеличением приложенного напряжения. Иное будет происходить, если к п-области присоединен положительный полюс источника тока, а к р-области — отрицательный (рис.
348 в). В этом случае высота потенциального барьера увеличится и ток основных носителей г, уменьшится. Уже при напряжениях порядка 1 В этот ток практически будет равен ну1и лю, и поэтому через коне г> такт будет течь только ток неосновных носителей, г>о который весьма мал. Рис 349. Вольт-ампериая характерис- В силу изложенного тика р — и-перехода вольт-амперная характери- стика р — и-перехода имеет вид, изображенный на рис. 349.
Когда ток направлен от рк п-области, сила тока велика и быстро увеличивается с на- 477 ! 20З Р-Гг ПВРВХОДЫ В ПОЛУПРОВОДНИКаХ 0,5 пряжением, а, следовательно, контакт для этого направления тока (проходное направление тока) имеет малое сопротивление, Если же ток направлен от и- к р-области, сила тока весьма мала и почти не зависит от напряжения (ток насыщения). Для этого направления тока (запорное направление) контакт имеет большое сопротивление. Таким образом, р — и-переход обладает односторонней проводимостью, или вентильным свойством, и имеет нелинейную вольт-амперную характеристику.
При включении в цепь переменного тока такие контакты действуют как выпрямители. Такие вольт-амперные характеристики наблюдаются и в некоторых контактах полупроводников с металлами. Когда приложенное обратное напряжение становится достаточно большим, в контакте происходит ряд дополнительных явлений, вызванных разогреванием контакта и действием сильного электрического поля в переходном слое. Это приводит к быстрому увеличению обратных токов, разрушающих выпрямляющий переход (епробой»).
Из сказанного следует, что электрический ток в контактах принципиально не отличается от электронной эмиссии (гл. ХЪ'). Различие заключается в том, что при обычной эмиссии электроны выходят из металла в вакуум, в случае же контактов электроны (и дырки) переходят из одного проводника в другой.
Так как высота потенциального барьера в контакте значительно меньше высоты барьера на границе полупроводник — вакуум, то сильная эмиссия наблюдается уже при комнатных температурах. Прикладывая к контакту разность потенциа- 0 и А лов, мы изменяем высоту 2 потенциального барьера и этим управляем силой тока 1,5 эмиссии. Если изготовить электронно-дырочный переход из кристалла полупроводника, например германия, содержащего очень большое число доноров или акцепторов ( 1!)24 м — 3 и вьгше),го 0 О,1 0,2 0,3 0,4 с1,В в таком сильно легирован- Рис. 350 Вольт-амперная характерис- тика очень тонкого электронно-дыроч- перехода становится очень ного перехода (туннельного диода) малой (- 10 з м).
При этом возникают новые явления и начальная часть прямой ветви вольт-амперной характеристики приобретает вид, показанный на рис. 350. В некоторой области напряжений характеристика 478 ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ ЯВЛЕНИЯ В КОНТАКТАХ Гл х!х становится падающей, т.е. сила тока уменьшается при увеличении напряжения.
Такая необычная зависимость силы тока от напряжения хорошо объясняется современной квантовой теорией твердого тела и связана, с одной стороны, с особенностями энергетического спектра электронов в кристаллах, а с другой— с существованием так называемого кваитовомеханического туннельного эффекта. 3 204.
Полупроводниковые диоды Одностороннюю проводимость контактов двух полупроводников (илн полупроводников с металлами) используют для устройства полупроводниковых Выл-бе прямителей, предназначенных для !и выпрямления и преобразования переменных токов. На рис. 351 показано устройство >! одного из типов германиевого выпрямителя.
Он состоит из пластинки германия с электронной проводимостью, в которую с одной стороны вварен шарик индия, сообщающего германию дырочную проводимость, а с другой — шарик олова. При пагреРис. 35! Схема германиееовании В процессе сварки индий диффундирует в германий на некоторую глубину, так что вблизи индиевого электрода возникает дырочная проводимость, а на некоторой глубине образуется выпрямляющий р — и-переход.
Оловянный электрод служит только для включения выпрямителя в цепь тока. Для предохранения от внешних влияний Выпрямитель заключают В герметический патрон или запрессовывают в подходящее изолирующее вещество (на рисунке не показано). Подобные выпрямители прн площади контакта около 1 мм и напряжении +1 В дают проходные токи больше 1 А, а обратные токи обычно не превышают нескольких микроампер. При площади контакта в несколько квадратных сантиметров германиевые и кремниевые выпрямители способны пропускать токи в несколько сотен ампер, хотя нх размеры настолько малы, что они легко умещаются на ладони руки.
Их пробойные напряжения могут дости>ать многих сотен н даже нескольких тысяч вольт. На рис. 352 изображено устройство широко распространенного селенового выпрямителя. Основным выпрямляющим элементом в нем является селеновая шайба. Она состоит из железного никелированного диска, на который нанесен тонкий слой полупроводни- НЕРАВИОВГОНЫЕ ЭЛЕКТРОНЫ И ДЫРКИ 479 1 200 ка — селена. Селен покрыт вторым металлическим электродом, состав которого различен (например, сплав В1 — Сс)-Яп). В результате специальной термической и электрической обработки в селене вблизи поверхности второго электрода образуется запирающий слой (р — ппереход), возникающий вследствие диффузии вещества электродов в селен. Так как селен обладает дырочной проводимостью, то проходное направление тока есть направление от селена к вентильному электроду.
Отдельные шайбы соединяются в выпрямителе последовательно. С селеновых выпрямителей снимают прямые токи 30 — 50 мА на 1 см2 поверхности, а допустимые обратные напряжения равны 25-50 В на каждую шайбу. Рис. 302. Селеновая шайба: З вЂ” железная шайба, Я вЂ” слой никеля (контактный переход), й — слой селена, е - - слой сплава В1-Сс) — Ял (вентильный электрод), б — запирающий слой, возникающий на границе вентильного электрода и селена Полупроводниковые выпрямители применяются в радиотехнике для выпрямленна и преобразования электрических колебаний высокой частоты (кристаллические детекторы).
Опи имеют кристаллик кремния или германия, к которому прижимается тонкое металлическое острие (диаметром в несколько микрон). Такие детекторы позволяют выпрямлять быстропеременные токи, частота которых превышает 10" периодов в секунду, что невозможно сделать с помощью электронных ламп. Очень тонкие р — и-переходы используют для устройства туннельных диодов, вольт-амперная характеристика которых уже была приведена на рис.
350. Такие диоды могут служить в качестве элементов с отрицательным дифференциальным сопротивлением для усиления и генерации электрических колебаний (см. 2 213). Их применяют также и как быстродействующие переключатели. 9 205. Неравновесные электроны и дырки в полупроводниках Рассмотрим опять контакт двух полупроводников р- и и-типа и предположим, что через него идет ток в проходном направлении (рис. 353). Дырки в р-области движутся к р — о-переходу и, 480 гл х~х ЭЛЕКТРИЧВСКИВЯВЛЕНИЯ В КОНТАКТАХ проходя через него, вступают в п-область в качестве неосновных носителей заряда, где и рекомбипируют с электронами. То же относится и к электронам в п-области, которые, переходя границу раздела, попадают в О+ ° ° — р-область и рекомбини- ~~ ' О+д+® ' О+ ' О+ руют с дырками.
Однако ° (+Я в эта рекомбинация про- О +, в + ° ° ° Ф исходит не мгновенно, и поэтому в и-области окажется избыточная концентрация дырок пд, а в р-области — избыточная концентрация электронов «и. При этом избыточные дырки в и-области будут притя- гивать к себе электроны, Рис. 353. Иижекция электроиов и дырок в так что увеличится и концентрация электронов; объемный заряд, как и в отсутствие тока, не образуется. То же будет происходить и в р-области, где увеличение концентрации электронов повлечет за собой увеличение концентрации дырок. Таким образом, при наличии электрического тока через р — и-переход состояние электронов и дырок в полупроводнике становится неравновесным.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
