Лекция (843336), страница 31
Текст из файла (страница 31)
Поэтому в нем сформируется большая напряженность электрического поля, способная ускорить электрон наIмалом расстоянии до энергий достаточных для «выбивания» электрона из ковалентной связи; далее уже оба электрона будут ускорены, они выбьют еще электроны и так далее. Получится подобиеUСэлектронной лавины, приводящей к пробою перехода.
Пробою соотUветствует участок около UC на вольтамперной характеристике. Этотучасток вблизи UC имеет участок плавного нарастания тока, что позволяет использовать явление пробоя, вернее предпробойное состояние для стабилизации напряжения.Некоторые примеры применения p-n-перехода в технике.1) Выпрямление тока и детектирование сигналов. Для этих целей используют полупроводниковый диод, главная часть которого является p-n-переходом.Общее условное обозначение диода. Диодный выпрямитель или диодный мост - основной компонент блоков питания практически всех электронных устройств.2Семестр 4. Лекции 21-22.2) Стабилизаторы напряжения. Явление пробоя p-n-перехода используют для стабилизациинапряжения.
Стабилитроны на основе p-n-перехода изготавливаются промышленностью на разные напряжения стабилизации (пробоя) до сотен вольт.3) Светоиспускающие диоды. Принцип работы светоиспускающих диодов - устройств, преобразующих энергию электрического тока в световую энергию, основан на испускании квантаэлектромагнитного излучения при рекомбинации дырок и электронов на границе раздела.Можно так подобрать ширины зон в полупроводнике, что будут испускаться кванты электромагнитного излучения требуемой частоты, а именно в диапазоне длин волн от инфракрасногодо ультрафиолетового излучения. Светоиспускающие диоды обладают очень высоким КПД,достигающим 80%.
Светоиспускающие диоды очень долговечны, так как не содержат нитейнакаливания, катодов и других быстро изнашиваемых узлов, в отличие от, например, ламп накаливания или же газоразрядных ламп. Светоиспускающие диоды широко используют как миниатюрные экономичные источники света, излучающие в заданном частотном диапазоне, какзаменитель сигнальных лампочек, а последнее время и как экономичные осветительные приборы.4) Лазерные светоиспускающие диоды. Принцип действия лазерных светоиспускающих диодованалогичен принципу работы светоиспускающих диодов, но с некоторыми отличиями.
Инверсная населенность уровней формируется в области p-n-перехода вырожденных полупроводников, когда концентрация электронов с высокой энергией из n-области значительно превосходитконцентрацию электронов с низкой энергией в p-области. В качестве зеркал лазерного резонатора используют отполированные торцы самого полупроводникового кристалла, одно из нихделают частично прозрачным для выхода излучения из резонатора.Лазерные диоды - очень миниатюрны (имеют размер порядка 1 см), экономичны, обеспечивают весьма сильный световой поток, достаточный для оплавления полимерных пленокпри записи информации. Лазерные диоды используют в оптических устройствах записи и чтения информации, лазерных принтерах, системах передачи информации по стекловолоконнымкабелям и т.д.5) Источники тока на p-n-переходе.
В настоящее время широко применяются источники токана p-n-переходе как генераторы электрического тока, в которых источником энергии служит:либо энергия падающего на p-n-переход электромагнитного излучения - так называемые полупроводниковые солнечные элементы, или тепловая энергия, подводимая к p-n-переходу - такназываемые полупроводниковые тепловые элементы.Полупроводниковые солнечные элементы. Принцип работы полупроводниковых солнечных элементов основан на явлении внутреннего фотоэффекта при освещении p-n-перехода. Поглощенный в области p-n-перехода квант создаёт пару электрон - дырка, электрическое полеперемещает дырку в p -область, а электрон - в n -область. Поэтому при облучении p-n-переходапотоком квантов в p -области будут накапливаться дырки, а в n -области - электроны.
Если солнечный элемент включить в замкнутую электрическую цепь, то потечет ток, который можетбыть использован.Полупроводниковые солнечные элементы обычно получают в виде пластины полупроводника p -типа, на которую нанесен тонкий прозрачный слой металла, который можно считатьполупроводником n -типа; затем на слой металла наносят прозрачные защитные покрытия. Световые кванты, пройдя эти покрытия и тонкий слой металла, поглощаются в области p-n- перехода.
Ток «отводят» от полупроводниковой пластины и от тонкого металлического покрытия.Такой элемент обеспечивает напряжение порядка долей вольта и ток порядка нескольких миллиампер. Обычно элементы соединяют в батарею (солнечная батарея), используя последовательное и параллельное соединение элементов.Полупроводниковые тепловые элементы. Принцип работы полупроводниковых тепловых элементов полностью аналогичен работе полупроводниковых солнечных элементов с темотличием, что в области p-n-перехода пары электрон - дырка образуются за счет его нагрева.Полупроводниковые тепловые элементы обычно соединяют последовательно в батареи. При3Семестр 4.
Лекции 21-22.этом p-n-переходы, нагреваемые каким либо источником тепла, оказываются с одной стороныконструкции, а p-n-переходы, охлаждаемые обычно водой или потоком воздуха, - с другой.Полупроводниковые охладители. Принцип действия основан на поглощении энергии приобразовании пары электрон-дырка. Полупроводниковые холодильники широко применяются втехнике, когда надо создать миниатюрный легкий холодильник, например, в системах охлаждения датчиков инфракрасного излучения, полупроводниковых лазеров и т.д.6) Полупроводниковый транзистор. Если соединить три области полупроводника с разнымитипами основных носителей, то возможно создание прибора способного усиливать сигналы,токи и напряжения, так называемого полупроводникового транзистора.
В зависимости от того,как чередуются области, транзисторы бывают двух типов: p-n-p и n-p-n.По сравнению с радиолампами транзисторы более компактны (сейчас транзисторы, входящие в состав микросхем, имеют размеры порядка микрометра, а одна микросхема содержитдо 106-108 транзисторов). Транзисторы прочны (так как не содержат сеток и стеклянных деталей), долговечны (так как не содержат сильно нагретых деталей) и технологичны (транзисторы,входящие в состав микросхем, производят напылением и отжигом сразу по 105-108 и болеештук).К недостаткам полупроводниковых транзисторов и других полупроводниковых приборовследует отнести их чувствительность к перегреву и, особенно, радиации.
Поэтому устройства,предназначенные для работы в условиях сильной радиации, до сих пор иногда конструируют,используя радиолампы.В заключении отметим, что появление полупроводникового транзистора произвело самую большую техническую революцию в двадцатом веке, поскольку появилась возможностьсоздавать компактные и надежные элементы компьютеров и другой электронной техники, безкоторых жизнь в наше время оказалась бы просто немыслимой.
Важно заметить, что «родились» транзисторы в результате, казалось бы, очень далеких от практических нужд физическихисследований характеристик полупроводников - веществ, которые плохо проводят электрический ток и потому, как тогда принято было считать, не найдут широкого применения.Контакт металла и полупроводникаВ современных полупроводниковых приборах помимо контактов с электронно- дырочным переходом применяются также контакты между металлом и полупроводником. Процессы втаких переходах зависят работы выхода электронов.
Чем меньше работа выхода, тем большеэлектронов может выйти из данного тела. Рассмотрим процессы в различных метало- полупроводниковых переходах.1) Если в контакте металла с полупроводником n-типа работа выхода электронов из металла AMменьше, чем работа выхода из полупроводника AП, то будет преобладать выход электронов изметалла в полупроводник. Поэтому в слое полупроводника около границы накапливаются основные носители заряда (электроны). Сопротивление этого слоя будет малым при любой полярности приложенного напряжения, и, следовательно, такой переход не обладает выпрямляющими свойствами. Его называют невыпрямляющим (омическим) контактом.Подобный же невыпрямляющий диод получается в контакте металла с полупроводникомp-типа, если работа выхода электронов из полупроводника меньше, чем из металла.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
