Полупроводники и их свойства. Основные полупроводниковые приборы.

Собственная проводимость полупроводников невелика. Ее увеличивают легируя полупроводник примесями. В результате полупроводник приобретает электронную и дырочную проводимость. Под действием приложенного к полупроводнику напряжения свободные электроны перемещаются в одном направлении, а образовавшиеся в результате освобождения электронов дырки (в атомах) движутся в противоположном направлении. Дырка рассматривается как положительно заряженная частица, заряд которой равен заряду электрона. Движение электронов и дырок, а, следовательно, и величина тока в полупроводниках, определяется значениями их подвижности ( ).

Подвижность носителей тока есть отношение скорости движения электрона или дырки к величине напряженности электрического поля в полупроводнике, равной 1 в/см.

Электронная проводимость – n типа отрицательная.

Дырочная проводимость – р типа положительная.

Полупроводники на границе раздела с металлами или с другими полупроводниками образуют переходный слой с большим сопротивлением (запирающий слой) при одном направлении тока. При другом направлении тока электрическое сопротивление переходного слоя резко уменьшается, и он начинает пропускать ток. На этом свойстве основано устройство полупроводниковых выпрямителей и усилителей.

p-n-перехо́д или электронно-дырочный переход — область пространства на стыке двух полупроводников p- и n-типа, в которой происходит переход от одного типа проводимости к другому. p-n-переход является основой для полупроводниковых диодов, триодов и других электронных элементов с нелинейной вольт-амперной характеристикой.

Рисунок 30 - Энергетическая диаграмма p-n-перехода. a) Состояние равновесия b) При приложенном прямом напряжении c) При приложенном обратном напряжении

Области пространственного заряда

В полупроводнике p-типа концентрация дырок намного превышает концентрацию электронов. В полупроводнике n-типа концентрация электронов намного превышает концентрацию дырок. Если между двумя такими полупроводниками установить контакт, то возникнет диффузионный ток — носители заряда, хаотично двигаясь, перетекают из той области, где их больше, в ту область, где их меньше. При такой диффузии электроны и дырки переносят с собой заряд. Как следствие, область на границе станет заряженной, и область в полупроводнике p-типа, которая примыкает к границе раздела, получит дополнительный отрицательный заряд, приносимый электронами, а пограничная область в полупроводнике n-типа получит положительный заряд, приносимый дырками. Таким образом, граница раздела будет окружена двумя областями пространственного заряда противоположного знака.

Электрическое поле, возникающее вследствие образования областей пространственного заряда, вызывает дрейфовый ток в направлении, противоположном диффузионному току. В конце концов, между диффузионным и дрейфовым токами устанавливается динамическое равновесие, и перетекание зарядов прекращается.

Ректификация

Если приложить внешнее напряжение так, чтобы созданное им электрическое поле было направленным противоположно направлению электрического поля между областями пространственного заряда, то динамическое равновесие нарушается, и диффузионный ток преобладает над дрейфовым током, быстро нарастая с повышением напряжения. Такое подключение напряжения к p-n-переходу называется прямым смещением.

Если же внешнее напряжение приложено так, чтобы созданное им поле было одного направления с полем между областями пространственного заряда, то это приведет лишь к увеличению областей пространственного заряда, и ток через p-n-переход не идёт. Такое подключение напряжения к p-n-переходу называется обратным смещением.

Применение

Диоды, Транзисторы, Тиристоры, Варикапы, Стабилитроны, Светодиоды, Фотодиоды, Стабисторы