1598082858-6569a6dfdd5f5256840e639f93a97b0b (805659), страница 48

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 48)

После выравнивания химических потенциаловполупроводникp-типазаряжаетсяотрицательно,аполупроводникn-типа – положительно. В области p-n-перехода для электронов и дырок образуетсяпотенциальный барьер (РИС. 46.5А), который в равновесном состоянии носителипреодолеть не могут (графики зависимости потенциальной энергии носителей откоординаты x представлены на РИС.

46.5Б). Если наложить внешнее электрическоеполе, то оно может либо увеличить величину барьера (обратное включение p-nперехода), либо уменьшить её (прямое включение). Соответствующие электрические схемы и графики представлены в ТАБЛИЦЕ 46.3.362φp-областьp-область Wпn-областьn-областьдыркаφn0xx0φpабРис. 46.5Таблица 46.3Прямое включение p-n-переходаpОбратное включение p-n-переходаμAμA–+–+ n–+–+–+ n–+pxp-областьφn-область0p-областьWпxp-областьxn-областьn-областьφ0p-областьWпxn-областьдыркадырка0x0xВысота потенциального барьера для Высота потенциального барьера дляэлектронов и дырок уменьшается.

В электронов и дырок увеличивается. Токцепи идёт ток.не идёт.(В ТАБЛ. 46.3 штриховыми линиями построены графики зависимости потенциалаот координаты x в отсутствие внешнего электрического поля.)363Таким образом, p-n-переход обладает односторонней проводимостью и может выполнять функцию диода в электрических цепях. Вольтамперная характеристика pn-перехода показана на РИС.

46.6.Вольт-амперная характеристика p-n-переходаIПрямоевключениеОбратноевключениеU0ПробойРис. 46.66.7.4. Внутренний фотоэффектВнутренний фотоэффект – явление резкого возрастания удельной электропроводности полупроводника при освещении его поверхности.Энергетические диаграммы, показывающие причину внутреннего фотоэффекта,приведены в ТАБЛ. 46.4.Таблица 46.4Нет освещенияНа полупроводник падает светμAμAп/пп/пЗонапроводимостиεgТока нет.ЗонапроводимостиεgВалентнаязонаλħω > εgВалентнаязонаПоявляются свободные носители заряда.

Сопротивление полупроводникарезко падает и идёт ток.3646.7.5. Фотовольтаический эффектВ области p-n-перехода возникает электростатичеμAское поле, характеризуемое внутренней контактнойразностью потенциалов, однако в замкнутой цепи (вiотсутствие источника) ток не идёт, так как эта об–+ласть обеднена носителями заряда.

При освещении p–+pnобласти благодаря внутреннему фотоэффекту обра–+зуются свободные электроны и дырки. Скатываясь спотенциальной горки (см. РИС. 46.5Б), электроны создают ток. Для дырок, образующихся в p-области, суλществует потенциальный барьер, поэтому их налиРис. 46.7чие лишь повышает высоту горки.Фотовольтаический эффект – явление протекания электрического тока в замкнутой цепи, содержащей p-n-переход, при освещении одной из сторонp-n-перехода (РИС. 46.7).Демонстрация: Применение фотоэффекта365Лекция 476.8.

Электропроводность газов6.8.1. Газовый разрядПрохождение электрического тока в газах называется газовым разрядом.Носителями тока в газе являются электроны и ионы. Можно показать, что модульплотности тока в проводнике, в котором носителями являются электроны,j  env ,где n – концентрация носителей, e – элементарный заряд, v – средняя дрейфоваяскорость носителей.

Так как v ~ E, v = u0E, где u0 – подвижность носителей. Плотность тока в газе с учётом того, что имеются два типа носителей,j  en u0  u0 E ,где u0 – подвижность электронов, u0 – подвижность ионов.Проводимость газовнесамостоятельнаяносители тока создаются внешнимиисточниками (космические лучи,ионизирующее излучение и т. д.)самостоятельнаяносители тока образуются за счётвнутренних процессов в разряде(электронный удар, термическаяионизация и т. д.)6.8.2.

Несамостоятельная проводимостьПусть имеются два электрода, между которыми находится газ; l – расстояниемежду электродами, S – площадь электродов. Кроме того, имеется внешний источник ионизации определённой мощности. Рассмотрим две ситуации.1. На электроды не подаётся напряжение (РИС. 47.1)В этом случае в газе идут два процесса.ИонизацияРекомбинацияΔni – скорость образования пар носите- Δnr – скорость уничтожения пар носите число пар  число пар лей . Определяется мощно- лей 33. м с  м с стью источника ионизации.Пусть n+ – концентрация положительных зарядов (ионов), n– – концентрация отрицательных зарядов (электронов), n – концентрация пар носителей.

Очевидно, чтоn+ = n– = n.Скорость рекомбинации Δnr определяется вероятностью встречи положительногои отрицательного заряда, а эта вероятность пропорциональна концентрации зарядов. Отсюда Δnr -~ n+, Δnr ~ n–, поэтому Δnr ~ n2 илиΔnr  rn2 ,где r – коэффициент рекомбинации. В равновесном состоянии Δni = Δnr илиΔni = rn2. Тогда концентрация пар носителей в газе может быть найдена по формуле366Δni.rnlГазSИонизирующееизлучениеРис. 47.1ПРИМЕРВ воздухе за счёт космического излучения (ионизатор) в 1 см3 за 1 секунду образупарется 5-10 пар ионов, т.

е. Δni  5  10 3 . Для сухого воздуха r = 1,6∙10–6 см3/с. Отсм  ссюда число пар носителей зарядаΔniпар 1000 3 .rсмЭто очень малая величина. Поэтому воздух – плохой проводник.n2. На электроды подаётся разность потенциалов U (РИС. 47.2)+–lГаз⊕S⊝–+ИонизирующееизлучениеРис. 47.2При подаче напряжения убыль пар носителей происходит не только за счёт рекомбинации, но и за счёт отхода носителей под действием электрического поля к электродам. В газе между электродами идут три процесса.367ИонизацияРекомбинацияОтсос пар носителейэлектрическим полем число пар  число пар  число пар Δni Δnr Δnj 333 см  с  см  с  см  с Если из объёма в единицу времени уходит Δnj пар носителей заряда, то в единичный промежуток времени на электрод попадает заряд eΔnjSl и ток в цепи будет раIвен I = eΔnjSl.

Плотность тока j   eΔn j l . ОтсюдаSΔn j j.elВ состоянии равновесияΔni  Δnr  ΔnjилиΔni  rn2 j.elопределяется определяетсямощностьюродомисточникагазаВозможны две предельные ситуации.а) Слабое электрическое полеопределяетсяразностьюпотенциаловб) Сильное электрическое полеЕсли напряжённость поля E мала, то В этом случае все ионы достигают элекΔnj << Δnr, т. е. убыль носителей опреде- тродов, не успев рекомбинировать и,следовательно, Δnj >> Δnr. Тогдаляется процессом рекомбинации;jΔni  rn2 .Δni  .elОтсюдаОтсюдаΔni.njmax  Δni el .rЭто максимальное значение плотностиПлотность токатока, которое может быть получено приj  ne u0  u0 Eданной мощности ионизатора.1илиΔni  10 3Длявоздухаприсм  сΔnije u0  u0 E .Аjmax  1,6  1013 2 .

Этот ток есть токrмПоэтому удельная электропроводность насыщения.Δniгаза σ e u0  u0  const и, следоrвательно, при слабых полях в газах выполняется закон Омаj  σE .368м2. При n = 103 см–3с Ви E = 1 В/м j = 10–14 А/м2.При средних полях происходит переход от линейной зависимости к току насыщения. Вольтамперная характеристика газового разряда показана на РИС. 47.3.Для воздуха u  104jjmaxj~EE0Рис. 47.3. ВАХ несамостоятельного газового разрядаТак как ток насыщения пропорционален мощности ионизатора, то по его значениюможно судить об ионизирующей способности излучателя.

На этом принципе работают ионизационные камеры (в частности, счётчик Гейгера).6.8.3. Самостоятельная проводимостьГазовый разряд становится самостоятельным, если в нём работает независимыймеханизм образования пар носителей. К таким механизмам относятся:1. Термоэлектронная эмиссия (испускание электронов нагретым катодом)2. Вторичная электронная эмиссия (выбивание электронов с поверхности катодапри бомбардировке ионами)3. Автоэлектронная эмиссия (вырывание электронов с поверхности катода сильным электрическим полем с учётом туннельного эффекта)4.

Ионизация газа электронным ударомРассмотрим последний пункт более подробно.Электронный ударУпругий ударЭлектрон почти нетеряетэнергию.Ионизации нет.Неупругий удар I родаНеупругий удар II родаЭлектрон теряет частьЭлектрон теряет энерэнергии. Атом возбужгию.

Происходит ионизадается, но ионизацииция атома.нет.К возбуждению или ионизации атома (молекулы) приводит не любое соударение.Вероятность этого зависит от энергии ε налетающего электрона. Чем быстрее летит электрон, тем меньше время его взаимодействия с атомом. Поэтому вероятность, достигнув максимума, быстро убывает (см. диаграмму на РИС. 47.4).Вероятность процесса369Удар I рода Удар II рода(возбуждение) (ионизация)εРис. 47.46.8.4. Тлеющий разрядРассмотрим тлеющий разряд – один из видов самостоятельного разряда, возникающего благодаря явлению ионизации электронным ударом.Имеется колба с газом, в которой находятся два электрода, подключённые к источнику высокого напряжения. Рассмотрим вкратце и качественно, что происходит вколбе в двух случаях – при различной величине давления газа.1. Высокое давлениеРазряда в колбе нет и потенциал в объёме колбы распределён линейно (РИС.

47.5).– +Длина трубкиl ≈ 3050 смφ~ 1000 В0xlРис. 47.52. Низкое давлениеПри давлении p ≈ 50 мм рт. ст. появляется светящийся шнур. При p ≈ 5 мм рт. ст.возникает устойчивое свечение, заполняющее всю трубку.За счёт различной подвижности электронов и ионов в трубке образуется большойобъёмный положительный заряд, наличие которого приводит к перераспределению потенциала внутри трубки (РИС. 47.6). Особенно большое падение напряженияимеет место у катода.3701 23456φ0xРис. 47.6На РИС. 47.6 обозначены следующие области внутри газоразрядной трубки:1. Астоново тёмное пространствоИоны за счёт большого падения напряжения в этой области разгоняются и бомбардируют катод, выбивая электроны.

Электроны не успевают разогнаться доэнергии возбуждения атомов. Свечения нет.2. Светящаяся катодная плёнкаφЭлектроны набрали достаточную скорость для возбуждения атомов (неупругий удар I рода, см. энергетическую диаграмму на РИС. 47.7; ε1 – энергия, необходимая для возбуждения атома). Возбуждённыеεε1атомы испускают свет.Рис. 47.73. Катодное тёмное пространствоЭлектроны набрали достаточную скорость для удара II рода. Идёт процессионизации. Свечения нет, т.

Характеристики

Список файлов лекций