Пропускное состояние p-n перехода (прямое включение p-n перехода)
ТЕМА 2 – 12
ПОЛУПРОВОДНИКОВЫЕ ПРИБОРЫ.
Атом вещества состоит из ядра и вращающихся вокруг него электронов. Ядро имеет положительный заряд, а электроны — отрицательный. Электроны в атоме группируются в оболочки, находящиеся на некоторых расстояниях от ядра. Электроны внешней оболочки связаны с ядром значительно слабее электронов внутренних оболочек. Такие электроны называются валентными, и они обеспечивают соединение атомов в молекулы или кристаллы.
Химически чистые полупроводники три температуре абсолютного нуля ведут себя как диэлектрики и их электропроводность равна нулю.
Однако с повышением температуры тепловые колебания атомов полупроводников приводят к увеличению энергии валентных электронов,
которые могут оторваться от атомов и начать свободное перемещение.
Поэтому при нормальной комнатной температуре полупроводники в отличие от диэлектриков имеют некоторую электропроводность.
С повышением температуры растёт число оторвавшихся электронов, поэтому электропроводность полупроводников повышается. Такую электропроводность полупроводников, связанную с нарушением валентных связей, называют их собственной проводимостью.
На электропроводность полупроводников сильно влияют примеси. При наличии примесей появляются избыточные валентные электроны, которые легко освобождаются от атомов и превращаются в свободные заряды. Содержание примесей может быть весьма незначительным, однако повышение электропроводности при этом может быть весьма значительным.
|
|
|
Электропроводность полупроводников, обусловленную наличием примесей, называют его примесной проводимостью.
Процесс введения примесей в полупроводник называют легированием.
Пятивалентные элементы для легирования – P , As , Sb .
Трехвалентные элементы для легирования – B , In , Ga .
Электронно-дырочный переход — это переходный слой между двумя областями полупроводника с разной электропроводимостью.
Условно электронно-дырочный переход обозначается p-n, независимо от последовательности расположения областей проводимости полупроводника, т.е. n-p или p-n. Электронно-дырочный переход создают внутри полупроводника введением в одну его область донорной, а в другую акцепторной примеси. Слой p-n перехода очень тонкий (порядка нескольких микрон) и его сопротивление не подчиняется закону Ома, т.е. сопротивление слоя перехода изменяется как от величины, так и от знака приложенного к нему напряжения.
По конструктивному исполнению переходы могут быть плоскостными и точечными. Плоскостным называют переход, у которого линейные размеры, определяющие его площадь, намного превышают его толщину. При малых линейных размерах контактирующей площади переходы относят к точечным.
|
|
|
Различают три состояния p-n перехода: равновесное, пропускное и запирающее.
Равновесное состояния p-n переходанаблюдается, если к p-n переходу не приложено внешнее напряжение.
В каждом типе полупроводника всегда имеются два вида носителей тока: основные и неосновные. Основными носителями тока называются носители, составляющие большинство и определяющие тип проводимости полупроводника. Например, в области типа p основные носители зарядов — дырки, а неосновные — электроны; в области типа n основные носители зарядов — электроны, а неосновные — дырки. Концентрация неосновных носителей зарядов очень мала — примерно в 1 000 раз меньше концентрации основных носителей. Дырки из области типа p диффундируют в область типа n, создавая вблизи границы отрицательный потенциал, а электроны, диффундируя из области типа n в область типа p, создают вблизи границы отрицательный потенциал. В результате диффузии основных носителей заряда между электронной и дырочной областями полупроводника вблизи границы их раздела возникает областьобъёмного заряда из двух разноимённых заряженных слоёв. Таким образом, диффундировавшие заряды создают в p-n переходе собственное электрическое поле, направленное из n области в p область. Возникшее диффузионное поле является запирающим — оно препятствует дальнейшей диффузии зарядов и является тормозящим для основных носителей зарядов, поэтому его иначе называют потенциальным барьером.
|
|
|
Пропускное состояние p-n перехода (прямое включение p-n перехода)
Прямым является такое включение p-n перехода, при котором плюс внешнего источника питания прикладывается к p области, а минус к n области p-n переход находится в пропускном или открытом состоянии. Электрическое поле, создаваемое внешним источником, имеет направление, противоположное собственному электрическому полю. В результате уменьшается потенциальный барьер перехода на величину внешнего напряжения. В этом режиме часть основных носителей заряда с наибольшим значением энергии будет преодолевать понизившийся потенциальный барьер и проходить через p-n переход. В переходе нарушается равновесное состояние и появляется диффузия основных носителей. Дырки и электроны будут перемещаться навстречу друг другу. Образуется ток диффузии.
|
|
|
Направление тока через p-n переход соответствует движению положительных зарядов — дырок, а во внешней цепи — от плюса к минусу источника питания.
Область полупроводника, в которую происходит инжекция неосновных носителей, называется базой полупроводникового прибора, а область, в которую осуществляется инжекция основных носителей — эмиттером.
Запирающее состояние p-n перехода (обратное включение p-n перехода)
Запирающее состояние перехода получается в том случае, когда к p области подключён минус источника питания, а к n области — плюс. В этом случае потенциальный барьер увеличивается на величину внешнего напряжения. Увеличивается и напряжённость собственного электрического поля, так как поле внешнего источника совпадает с собственным полем. Высота потенциального барьера возрастает, вследствие чего плотность потока основных носителей через переход уменьшится. Для неосновных носителей, т.е. для дырок в n области и для электронов в p области, потенциальный барьер в переходе вообще отсутствует. Неосновные носители заряда будут втягиваться электрическим полем источника в p-n переход и проходить через переход в смежную область (будет происходить экстракция носителей зарядов). Потенциальный барьер могут преодолеть лишь некоторые основные носители с большой энергией, и диффузионный ток практически отсутствует. Ток через переход имеет обратное направление — от электронной области к дырочной, а во внешней цепи, как всегда, от плюса источника питания к минусу. Обратный ток создаётся за счёт движения (дрейфа) неосновных носителей, для которых данное поле ускоряющее. Это ток дрейфовый, величина его мала из-за малой концентрации неосновных носителей заряда в прилегающих к p-n переходу областях.
Сопротивление и ширина запирающего слоя значительно возрастают, так как в p-n переходе практически отсутствуют основные носители зарядов.
Таким образом p-n переход обладает ярко выраженной односторонней проводимостью, что отражает его вольт – амперная характеристика.
Дата добавления: 2022-12-03; просмотров: 184; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!