physics_saveliev_2 (535939), страница 46
Текст из файла (страница 46)
Для изготовления такого перехода берут, например, монокристалл из очень чистого германия с электронным механизмом проводимости (обусловленным ничтожными остзтками примесей). В вырезанную из кристалла тонкую пластинку м "~д~'~"~~ вплавляют с одной стороны ч 4 кусочек индия. Во время этой ч~э д, ь операции, которая осуществляется в вакууме или в атмосфере инертного газа, атомы р-и-1п;их,У индия диффундируют в германий на некоторую глубину, В Рас. !70. той области, в которую проникают атомы индия, проводимость германия становится дырочной. На границе этой области возникает р — и-переход. На рис.
170 показан ход концентрации примесей в направлении, перпендикулярном к граничному слою. В р-области основными носителями тока являются дырки, образовавшиеся в результате захвата электронов атомами примеси (акцепторы при этом становятся отрицательными ионами); кроме того, в этой области имеется небольшое число неосновных носителей — электронов, возникаюших вследствие перевода тепловым движением электронов из валеитной зоны непосредственно в зону проводимости (этот процесс немного увеличивает н число дырок). В и-области основные посители тока — электроны, отданные донорами в зону проводимости (доноры при этом преврашаются в положительные ионы); происходяшнй за счет теплового движения переход электронов из валентной зоны в зону проводимости приводит к образованию небольшого числа дырок — неосновных носителей для этой области.
Диффундируя во встречных направлениях через пограничный слой, дырки и электроны рекомбинируют друг с другом. Поэтому р — л-переход оказывается сильно обедненным носителями тока и приобретает большое сопротивление, Одновременно на границе между обла- стями возникает двойной ! электрический слой, об—.О О О О+,'О О+ О+ О+.О+ разованиый отрицатель- ООО+О!о+Ос+'О+'О+ ными ионами акцептор- ной примеси, заряд кото- ЙО О Я 010+ О+ О+ 8 О+ рых теперь не компенси(,-)(=)(+)(.-;)(+)1ОС+)Я(+)(+) руется дырками, и поло- О я О О О ® ® ® ®'® жительными ионами до- Ю-- и 1 ° НОРНОй ПРИМЕСИ, ЗаРЯД КО- ООО+О1О+ОО+ О+ О+ торых теперь не компен- ( ".(Э О О О+1О О+ О+ О+,О+ сируется электронами (рис.
171; кружки — ионы, р-и-паааеар черные точки — электроРис. 171. ны, белые точки — дырин). Электрическое поле в этом слое направлено так, что противодействует дальнейшему переходу через слой основных носителей. равновесие достигается при такой высоте потенциального барьера, при которой лапа преаарапасоа 1раааае ььерпа заприщеннпв еааа аааевпаае еапа Рис. 172. уровни Ферми обеих областей располагаются на одинаковой высоте (рис. 172). Изгибание энергетических зон в области перехода вызвано тем, что потенциал р-области в состоянии равновесия ниже, чем потенциал и-области; соответственно потенциальная энергия электрона в р-области больше, чем в п-области, Нижняя граница валентной зоны дает ход потенциальной энергии электрона йу»в в направлении, перпендикулярном к переходу (см. сплошную кривую на рис.
173, а). Поскольку заряд дырок противоположен заряду электронов, их потенциальная энергия Ягрд больше там, где меньше йУ»м и наоборот (см. пунктирную кривую на рис. 173, а). Равновесие между р- н л-областями является подвижным. Некоторому количеству основных носителей удается преодолеть потенциальный барьер, вследствие чего через переход течет небольшой ток г„н (рис.
173, а). С ~эх фг фягф'~~, — - яг ф~ 1 р-л-гжаиглг «7 l~~ л-л-АМ 4 Рис. г73. ') Включение внешнего напряжения нарушает равновесие, так что уровни Ферми обеих областей смещаются друг относительно друга. Прн прямом наиряженин ЯГ в р-области располагается ниже, чем в л-области.
Этот ток компенсируется обусловленным неосновными носителями встречным током 1вео„. Неосновных носителей очень мало, но они легко проникают через границу областей, «скатываясь» с потенциального барьера. Величина г„„, определяется числом рождаюшихся ежесекундно неосновных носителей и от высоты потенциального барьера почти не зависит. Величина г„„, напротив, сильно зависит от высоты барьера. Равновесие устанавливается как раз при такой высоте потенциального барьера, при которой оба тока (о, и гвеесн компенсируют друг друга. Подадим на кристалл внешнее напряжение такого направления, чтобы «+» был подключен к р-области, а « — » был подключен к а-области') (такое напряжение называется прямым).
Это приведет к возрастанию потенциала (т. е. увеличению Ж'пн и уменьшению )рр,) р-области и понижению потенциала (т. е. уменьшению 1«рд и Увеличению ЯР»о) и-области (Рис. 173,б). В Результате высота потенциального барьера уменьшится и тОК 1оон ВОЗРаСтЕт. ТОК жс 1неосн ОСтаНЕтСЯ ПРаКтИЧЕСКИ без изменений (он, как отмечалось, от высоты барьера почти не зависит), Следовательно, результирующий ток станет отличен от нуля. Понижение потенциального барьера пропорционально приложенному напряжению (оно равно е(7). При уменьшении высоты барьера ток основных носителей, а следовательно и результирующий ток, быстро нарастает. Таким образом, в направлении от р-области к л-области р — п-переход пропускает ток, сила которого быстро нарастает при увеличении приложенного напряжения. Это направление называется прямым (или пропускным, или проходным). Возникающее в кристалле при прямом напряжении электрическое поле «поджимает» основные носители к границе между областями, вследствие чего ширина пег реходного слоя, обедненного носителями, сокращается ').
Соответственно уменьшается и сопротивление перехода, причем тем сильнее, чем больше напряжение. Таким образом, вольт-амперная характеристика в пропускной области не является прямой (рис. ! 74) . Теперь приложим к кристаллу Рис. 174. напряжение такого направления чтобы «+» был подключен кл-области, а « — » был подключен к р-области (такое напряжение называется обратным). Обратное напряжение приводит к повышению поте1щпального барьера и соответственному уменьшению тока основных носителей (рис. 173, в). Возникающий при этом результирующий ток (называемый обратным) довольно быстро достигает насыщения (т. е. перестает зависеть от (7, рис.
174) и становится равным (несся. Таким образом, в направлении ') Уменьшение ширины переходного слоя можно объяснить тем, что при заданном оф1ол мсиыяее изменение потенциала Ьф осушестяляется на меньшей длине Л.т, от и-области к р-области (которое называется обратным или запорным) р — л-переход пропускает слабый ток, целиком обусловленный неосновными носителями, Лишь при очень большом обратном напряжении сила тока начинает резко возрастать, что обусловлено электрическим пробоем перехода.
Каждый р — а-переход характеризуется своим предельным значением обратного напряжения, которое оп способен выдержать без разрушения. Поле, возникающее в кристалле при наложении обратного напряжения, «оттягнвает» основные носители от границы между областями, что приводит к возрастанию ширины переходного слоя,обе- р дненного носителями. Соответственно увеличивается и сопротивление перехода. Следовательно, р — и-переход обладает в обратном направлении гораздо большим сопротивлением, чем в прямом Из сказанного вытекает, Рис. 175 что р — л-переход может быть использован для выпрямлении переменного тока.
На рис. 175 показан график тона, текущего через переход, в том случае, если приложенное напряжение изменяется по гармоническому закону, В этом случае ширина слоя, обедненного носителями, и сопротивление перехода пульсируют, изменяясь в такт с изменениями напряжения. Германиевые выпрямители могут выдерживать обратное напряжение до 1000 в. При напряжении в!вплотность тока в прямом направлении достигает 100 а)см', в обратном — не больше нескольких микроампер.
Еще более высокое обратное напряжение допускают кремниевые выпрямители. Они также выдерживают более высокую рабочую температуру 1до 150 С вместо примерно !00'С для германия), Гораздо худшими параметрами обладают широко распространенные селеновыевы-' прямители. Допустимое обратное напряжение составляет для ннх не более 50 в,.наибольшая плотность прямого тока до 50 ма!ем'. Соединяя последовательно М выпрямительных элементов 1селеновых шайб)х можно получить выпрямитель, выдерживающий 57-кратное обратное напряжение.
19 и. В. Савельев, т. и 289 ооо о ооо Ъ Ъ ' 0+0 Полупроводниковый триод, или транзистор, представляет собой кристалл с двумя р — и-переходами. В зависимости от порядка, в котором чередуются области с разными типами проводимости, различают р — л — р- и и — Р— и-транзисторы '). Средняя 'часть транзистора (обладающая в зависимости от типа транзистора и- или р-проводимостью) называется его б аз о й. Прилегающие к базе с обеих сторон области с иным, чем у нее, типом проводимости образуют эмиттер' и коллектор. Рассмотрим кратко принРис. 176.
цип работы транзистора типа Р— и — р (рис. 176). Для его изготовления берут пластинку из очень чистого германия с электронной проводимостью и с обеих сторон вплавляют в нее индий. Концентрация носителей в эмиттере и коллекторе, т. е. в дырочной области, должна быть больше, чем концентрация носителей в пределах I базы, т. е. в электронной ... у О ', ц,О® а7 области.
На рис. 177, а даны кривые потенциальной энергии — электронов (сплошная линия) и дырок (пуиктирная линия). л) На переход эмиттер— база подается напряжение в проходном направлении (рис. 176), а на переход база — коллектор Рис. 177, подается болыпее напряжение в запорном направлении.
Это приводит к по. нижению потенциального барьера на первом переходе и повышению барьера на втором (рис. 177, б). Протекание тока в цепи эмиттера сопровождается проникновением дырок в область базы (встречный поток электронов мал вследствие того, что их концентрация невелика).
Проникнув в базу, дырки диффунднруют по направле- ') бывают и более сложные транзисторы, например типа и — а — р — и и ир. нию к коллектору. Если толщина базы небольшая, почти все дырки, не успев рекомбииировать, будут достигать коллектора. В нем они подхватываются полем и увеличивают ток, текущий в запорном направлении в цепи коллектора. Всякое изменение тока в цепи эмнттера приводит к изменению количества дырок, проникающих в коллектор, и, следовательно, к почти такому же изменению тока в цепи коллектора.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
