Савельев - Курс общей физики Том 2 - Электричество (934756), страница 45
Текст из файла (страница 45)
Электрическое поле в этом слое направлено так, что противодействует дальнейшему переходу через слой основных носителей. Равновесие достигается при такой высоте потенциального барьера, при которой .%авиа аааэг иааааа Уааалв тааааа ,Уащааааюа аааа Важааааа аааа 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 И'па в направлении, перпендикулярном к переходу (см.
сялошиую кривую на рис. 173,а). Поскольку заряд дырок противоположен заряду электронов, их потенциальная энергия Яу„я больше там, где меньше йг»м и наоборот (см. пунктирную кривую на рис. 173, а). Равновесие между р- н и-областями является подвижным. Некоторому количеству основных носителей удается преодолеть потенциальный барьер, вследствие чего через переход течет небольшой ток 1еся (рис.173,а), 3 ! ,э-и-гиааи« Ю ,Р-и-лфгляг лу Рис. г73.
') Включение внешнего напряжения нарушает равновесие, так что уровни Ферми обеик областей смещаются друг относительно друга. При прямом напряжении $Г в р-области располагаегся ниже, чем в а-области. Этот ток компенсируется обусловленным неосновными носителями встречным током (и„с . Неосновных носителей очень мало, но они легко проникают через границу областей, «скатываясь» с потенциального барьера. Величина (,юси определяется числом рождаюшихся ежесекундно неосновных носителей и от высоты потенциального барьера почти не зависит. Величина (осн, напротив, сильно зависит от высоты барьера.
Равновесие устанавливается как раз при такой высоте потенциального барьера, при которой оба тока 1е,„ и г„„,и 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 пря»1ым). Это приведет к возрастанию потенциала (т. е. увеличению ярри и уменьшению В'»в) р-области и понижению потенциала (т. е. уменьшению %'пл и увеличению Я7рь) а-области (рис. 173,6). В результате высота потенциального барьера уменьшится и ток 1„„возрастет. Ток жг (и„,и 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 е0). При уменьшении высоты барьера ток основных носителей, а следовательно и результирующий ток, быстро нарастает. Таким образом, в направлении от р-областн к и-области р — в-переход пропускает ток, сила которого быстро нарастает при увеличении приложенного напряжения.
Это направление называется примы»| (или пропускным, или проходным). Возникающее в кристалле при прямом напряжении электрическое поле «поджимает» основные носители к границе между областями, вследствие чего ширина переходного слоя, обедненного носитерями, сокращается '). Соответственно уменьшается и сопротивление перехода, причем теки 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 кв-области, а « — » был подключен к р-области (такое напряжение называется обратным). Обратное напряжение приводит к повышению потенциального 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 1 сон. Таким образом, в направлении ') Уменьшение ширины переходного слоя можно объяснить тем, что при заданном Иср/д» меньшее изменение потенциала др осуществляется на меньшей длине Ля. 288 от и-области к р-области (которое называется обратным или запорнылл) р — и-переход пропускает слабый ток, целиком обусловленный неосновными иосителял1и. Лишь при очень большом обратном напряжении сила тока начинает резко возрастать, что обусловлено электрическим пробоем перехода.
Каждый р — л-переход характеризуется своим предельным значением обратного напряжения, которое оп способен выдержать без разрушения. Поле, возннкаюшее в кристалле при наложении обратного напряжения, <оттягиваетв основные носителиот границы между областями, что приводит к возрастанию ширины переходного слоя,обе- ~ дненного носителями. Соответственно увеличивается и сопротивление перехода. Следовательвю, р — и-переход обладает в обратном направлении гораздо большим сопротивлением, чем в прямом.
Из сказанного вытекает, Рис. 175 что р — а-переход может быть использован для выпрямления переменного тока. На рис. 175 показан график тока, текушего через переход, в том случае, если приложенное напряжение изменяется по гармоннческому закону. Б 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/смв, в обратном — не болыпе нескольких микроампер. Еще более высокое обратное напряжение допускают крел1- пневые выпрямители. Они также выдерживают более высокую рабочую температуру. (до 180'С вместо примерно 100'.С для германия) „Гораздо худшими параметрами обладают широко распространенные селеновые вы.' прямители. Допустимое обратное напряжение составляет для ннх не более 50 в,,наибольшая плотность прямого тока до 50 ма/смв.
Соединяя последовательно Ф выпрямительных элементов (селеновых шайб)л можно получить выпрямитель, выдерживающий /!/-кратное обратное напряжение. 19 и. В. Савельев, т. и Полупроводниковый триод, или транзистор, представ'- ляет 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 — п-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. цнп работы транзистора типа р — п — 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 / базы, т. е. в электронной еоо, О гг7 области.
На рис. 177, а даны кривые потенциальной энергии — электронов (сплошная линия) и дырок (пунктирная линия). л7 На переход эмнттер— база подается напряжение в проходном направлении (рис. 176), а на переход база — коллектор Рис. 177. подается большее 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- ООО Ф ООО Ъ ®® ') Бывают и более сложное транзИсторы, например типа р — л — р — и идр. нию к коллектору.
Если толщина базы небольшая, почти все дырки, не успев рекомбинировать, 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. Очевидно, что изменение тока в цепи коллектора не превосходит изменения тока в цепи эмиттера '), так что, казалось бы, описанное уст.
ройство бесполезно. Однако надо учесть, что переход имеет в запорном направлении гораздо большее сопротивление, чем в проходном, Поэтому при одинаковых изменениях токов изменения напряжения в цепи коллектора будут во много раз больше, чем в цепи эмиттера. Следовательно, транзистор усиливает напряжения и мощности. Снимаемая с прибора повышенная мощность появляется за счет источника тока, включенного в цепь колректора.
Германневые транзисторы дают усиление (по напряе жению н по мощности), достигающее 10000. ') В транзисторе тина р — н — р — н удается ноаучнть и усиленна по току. ГЛАВА ХШ ТОК В ЭЛЕКТРОЛИТАХ 5 79. Диссоциация молекул в растворах Прохождение тока через металлы и электронные по лупроводники не сопровождается какими-либо химиче. скими превращениями. Такие вещества называются про.
водниками первого рода. Вещества, в которых прп прохождении тока происходят химические превращения, называются проводниками второго рода или э лент р о л и та м и. К их числу принадлежат растворы солей, ще. лочей или кислот в воде и некоторых других жидкостях, а также расплавы солей, являющихся в твердом со. стоянии ионными кристаллами. Носителями тока в электролитах служат ионы, на которые днссоциируют (расщепляются) в растворе мо. лекулы растворенного вещества. Чтобы выяснить, каким образом происходит диссоциация, рассмотрим полярную молекулу, например КаС!. При объединении атомов 1ча и С! в молекулу происходит перераспределение алек. тронов — валентный электрон г!а оказывается как бы включенным в оболочку атома С), для полной застройки которой не хватает как раз одного электрона.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
