Конспект лекций для студентов специальности 190901 «Системы обеспечения движения поездов»


Получение односторонней проводимости



бет5/77
Дата30.01.2022
өлшемі5,1 Mb.
#116187
түріКонспект лекций
1   2   3   4   5   6   7   8   9   ...   77
Байланысты:
Конспект лекций Электроника 2012

1.2. Получение односторонней проводимости


Во введении было отмечено, что электроника, как отрасль техники, началась с открытия односторонней проводимости в вакуумном диоде. Поэтому и при создании полупроводниковых приборов сначала стремились получить у них одностороннюю проводимость. Цель была достигнута соединением двух пластин полупроводника с разным типом проводимости (рис. 1.3). Рассмотрим, какие процессы происходят при таком соединении.

На границе соединения слоёв с разным типом проводимости положительные ионы донорной примеси слоя n притягивают отрицательные ионы акцепторной примеси слоя p. В результате в области p-n перехода (х) увеличивается концентрация ионизированных атомов примеси. Однако положительные ионы донорной примеси слоя n также отталкивают «дырки» слоя p, и наоборот, отрицательные ионы акцепторной примеси слоя p отталкивают электроны слоя n.



Рис. 1.3. Распределение зарядов внутри полупроводников с разным типом проводимости

Получилось, что соединение пластин вызвало перемещение зарядов, не изменив при этом абсолютного значения общего заряда, который как был, так и остался равным нулю: .

Если теперь к получившейся структуре, состоящей из двух слоёв n и p и перехода х между ними, подключить источник внешнего напряжения, можно убедиться в том, что такая структура обладает односторонней проводимостью.

При прямой полярности внешнего источника (+ к слою p, - к слою n) через открытый p-n переход будет проходить прямой ток значительной величины. Однако прохождение тока начнётся только тогда, когда внешнее напряжение превысит внутреннюю разность потенциалов (пороговое напряжение Uпор), которое определяется концентрацией ионизированных атомов примеси области х p-n перехода. Величина порогового напряжения зависит от материалов исходного полупроводника и примесей. Обычно для германия Uпор  0,2 В, для кремния Uпор  0,4…0,5 В.

При обратной полярности внешнего источника ( к слою p, + к слою n) через закрытый p-n переход будет проходить обратный ток весьма малой величины (в 103…105 раз меньше прямого тока открытого перехода). Величина обратного тока будет слабо зависеть от величины обратного напряжения, но будет зависеть от температуры, увеличиваясь примерно в два раза на каждые 10 0С прироста температуры. Однако при превышении допустимой величины обратного напряжения напряжённость электрического поля в области х может превысить допустимую электрическую прочность для данного материала, и обратный ток начнёт резко возрастать. Это явление исследовал американский физик Кларенс Мэлвин Зенер (Clarence Melvin Zener). В его честь величина обратного напряжения, допустимая для полупроводникового материала, называется напряжением Зенера.

Зависимость тока через p-n переход от величины приложенного напряжения называется вольтамперной характеристикой (ВАХ). Примерный вид ВАХ представлен на рис. 1.4.

Рис. 1.4. Вольтамперная характеристика p-n перехода

На рисунке отмечен максимально допустимый прямой ток Iпр.макс, при превышении которого происходит перегрев полупроводниковой структуры из-за рассеивания на ней тепла , а также напряжение Зенера, при котором наступает резкое возрастание обратного тока.

По ВАХ можно определить сопротивление p-n перехода при прямом и обратном смещении. Различают статическое и динамическое сопротивление.

Статическое сопротивление определяется по закону Ома для абсолютных значений напряжения и тока

прямое ; обратное ; (1.1)

а динамическое (дифференциальное) сопротивление  для приращений напряжения и тока

прямое ; обратное . (1.2)



Достарыңызбен бөлісу:
1   2   3   4   5   6   7   8   9   ...   77




©engime.org 2024
әкімшілігінің қараңыз

    Басты бет