14 (982790)

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

Текст из файла

Семестр 4. Лекции 14.Лекция 14. Контактные явления в полупроводниках.p-п -переход. Распределение электронов и дырок в p-n-переходе. Ток основныхи неосновных носителей через p-n -переход. Вольтамперная характеристикаp-n -перехода. Выпрямляющие свойства p-n -перехода.Полупроводниковый p-n- переход.Полупроводниковым p-n- переходом называют тонкий слой, образующийся в местеконтакта двух областей полупроводников акцепторного и донорного типов. Обе области полупроводника электрически нейтральны, поскольку как сам материал полупроводника, так и примеси электрически нейтральны.

Отличия этих областей в том, что p-область содержит свободно перемещающиеся дырки, а n-область содержит свободно перемещающиеся электроны.Концентрации свободных электронов и дырок по обе стороны от границы контакта разные, что приводит к появлениюдиффузии электронов из n-области в p-область, а дырок, наоборот, из p-области в n-область. Электроны, проникая в ppnобласть, рекомбинируют с дырками, а дырки в n-области рекомбинируют с электронами. Каждый из типов носителей переносит соответствующий электрический заряд, что приводит ктому, что вблизи границы раздела p-область получает избыточный отрицательный заряд, а n-область – положительный.

Такимpnобразом, на границе раздела полупроводников появляетсядвойной электрический слой, в котором вектор напряжённостиE направлен от n- области к p-области. Поэтому появившеесяEэлектрическое поле препятствует движению электронов идырок.С этим электрическим полем можно связать потенциальную энергию дырки и электронав соответствующих областях. Получается, что дырка для перехода из p -области в n -областьдолжна «забраться» на потенциальный порог высоты W. На аналогичный порог должен «забраться» электрон для перехода из n -области в p -область.

Вероятность такого прохода пропорциональна множителю Больцмана:WkTP  P0e .Следовательно, рассмотренные переходы основных носителей сформируют силу токаосновных носителей через p-n-переход:EВpn«Прямое»EWI ОСН  I 0e kT .Неосновные носители – электроны в p-областии дырки в n-области свободно преодолеваютконтактное поле. В состоянии равновесияток основных носителей будет компенсироваться током неосновных носителей.

ПоэтомуEВpnE«Обратное»WkTI НЕОСН  I ОСН  I 0e .Если к p-n-переходу приложить внешнюю разность потенциалов U так, что со стороны p – области будет больший потенциал,(так называемое «прямое» включение p-nперехода), то внешнее поле EB ослабит существующее внутреннее поле E , поэтому ток ос1Семестр 4. Лекции 14.новных носителей возрастёт в соответствии с зависимостью:W eU I ОСН  I 0e kT .При включении p-n-перехода в прямом направлении дырки в p-области будут двигаться к границе раздела, и электроны из n-области также будут двигаться к границе раздела. На границеони будут рекомбинировать.

Ток на всех участках цепи обеспечивается основными носителями,сам p-n-переход обогащён носителями тока. Проводимость p-n-перехода будет большой. Токнеосновных носителей при этом практически не изменится, так как он определяется малымчислом неосновных носителей в каждой области.

Тогда суммарный ток через p-n-переход равен сумме токов основных и неосновных носителей, направленных противоположно другдругу:W eU WW eU I  I ОСН  I НЕОСН  I 0e kT  I 0e kT  I 0e kT  e kT  1или eU I  I НЕОСН  e kT  1 .Если к p-n-переходу приложить внешнюю разность потенциалов «наоборот» (так называемое «обратное» включение p-n- перехода), то внешнее поле EBувеличит существующее на границе поле.

Ток основных носителейIот этого уменьшится. Ток неосновных носителей при этом практически не изменится, так как он лимитируется малым числом неосновных носителей. При включении p-n- перехода в обратномнаправлении дырки в p-области будут двигаться от границы раздела, и электроны из n-области также будут двигаться от границы разUдела. На границе раздела областей в итоге не останется основныхносителей тока. Ток на этой границе будет обеспечиваться оченьмалым числом неосновных носителей, образовавшихся вблизи тонкого p-n-перехода.

Проводимость p-n-перехода будет малой.В этом смысле говорят, что p-n-переход пропускает ток преимущественно в одномнаправлении. В прямом направлении сила тока основных носителей увеличивается с увеличением напряжения, в обратном направлении сила тока неосновных носителей при небольшихзначениях напряжения практически не изменяется.Пробой p-n-перехода.Если продолжать увеличение напряжения обратной полярности, то при некоторомнапряжении UC, называемом напряжением пробоя, произойдет пробой p-n-перехода. Это связано с тем, что в закрытом состоянии p-n-перехода почти всё приложенное напряжение действуетв тонком пограничном слое.

Поэтому в нём сформируется большаянапряжённость электрического поля, способная ускорить электронIна малом 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, чтопозволяет 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.2Семестр 4. Лекции 14.Общее условное обозначение диода.

Диодный выпрямитель или диодный мост - основной компонент блоков питания практически всех электронных устройств.2) Стабилизаторы напряжения. Явление пробоя p-n-перехода используют для стабилизациинапряжения. Стабилитроны на основе p-n-перехода изготавливаются промышленностью наразные 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 излучений.

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, лампнакаливания или же газоразрядных ламп. Светоиспускающие диоды широко используют какминиатюрные 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 диодов аналогичен принципу работы светоиспускающих диодов, но с некоторыми отличиями. Инверсная населённость уровней формируется в области p-n-перехода вырожденных полупроводников, когда концентрация электронов с высокой энергией из n-области значительно превосходит концентрацию электронов с низкой энергией в p-области. В качестве зеркал лазерного резонатора используют отполированные торцы самого полупроводникового кристалла, одноиз них делают 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 плёнокпри 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.Поглощённый в области p-n-перехода квант энергии создаёт пару электрон - дырка, электрическое поле перемещает дырку в p -область, а электрон - в n -область. Поэтому при облучении pn-перехода потоком квантов в p -области будут накапливаться дырки, а в n -области - электроны. Если солнечный элемент включить в замкнутую электрическую цепь, то потечет ток, который может быть использован.Полупроводниковые солнечные элементы обычно получают в виде пластины полупроводника p -типа, на которую нанесён 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-nперехода.

Характеристики

Тип файла PDF

PDF-формат наиболее широко используется для просмотра любого типа файлов на любом устройстве. В него можно сохранить документ, таблицы, презентацию, текст, чертежи, вычисления, графики и всё остальное, что можно показать на экране любого устройства. Именно его лучше всего использовать для печати.

Например, если Вам нужно распечатать чертёж из автокада, Вы сохраните чертёж на флешку, но будет ли автокад в пункте печати? А если будет, то нужная версия с нужными библиотеками? Именно для этого и нужен формат PDF - в нём точно будет показано верно вне зависимости от того, в какой программе создали PDF-файл и есть ли нужная программа для его просмотра.

Список файлов лекций