Лабораторный практикум по электричеству и магнетизму. Ч. 5. Алейников Н.М - 11 стр.

UptoLike

ВУЗ: 

ВГУ | Воронеж

Составители: 

Рубрика: 

11
Основным элементом полупроводниковых диодов является электронно-
дырочный или p-n переход , образуемый в тонком слое на границе двух
полупроводников с различными типами проводимости – электронного (n-тип) и
дырочного (р-тип). В n-полупроводнике основными носителями тока являются
свободные отрицательно (negative) заряженные электроны , концентрация
которых n
n
многократно превышает концентрацию p
n
неосновных носителей –
дырок (рис.1б). В р -полупроводнике основными носителями тока являются
положительно (positive) заряженные дырки, концентрация которых р
р
во много
раз превышает концентрацию неосновных носителей n
р
. Электроны в р -области
являются неосновными носителями. При контакте n и р полупроводников
электроны из n-области будут переходить в р-область, а дырки из р - в n-
область.
Подобный процесс, наблюдаемый в двух сообщающихся сосудах,
заполненных двумя различными газами, в результате диффузии должен
закончиться выравниванием концентраций обоих газов по всему объему
сообщающихся сосудов . Однако в отличие от обычных электрически
нейтральных газов , электронный и дырочный газы имеют заряды
противоположной полярности. С уходом электрона из n-области, в ней остается
ионизированный атом донорной примеси, который представляет неподвижный
(не учавствующий в переносе тока) положительный заряд. Аналогично с уходом
дырки в р - области остается неподвижный отрицательно ионизированный атом
акцепторной примеси. При взаимодействии электроны и дырки рекомбинируют
(исчезают) и в области p-n перехода возникает электрическое поле Е
0
,
образуемое неподвижными ионизированными донорами и акцепторами (рис.
1а). Это поле в области p-n перехода, обедненной носителями (рис. 1б), создает
потенциальный барьер (рис.1в), препятствующий дальнейшему переходу
электронов и дырок.
Устанавливается равновесное состояние, при котором объемные области,
расположенные по разные стороны p-n перехода, имеют различные электриче-
ские потенциалы . Потенциал р -области оказывается ниже потенцила n-области
(рис. 1в). Т .к. область p-n перехода обеднена носителями, ее удельное электри-
ческое сопротивление многократно (в десятки, сотни тысяч раз ) превышает
удельные сопротивления объемных областей диода (рис. 1г). Поэтому
сопротивление диода в целом практически определяется сопротивлением
тонкого слоя p-n перехода.
При подключении к полупроводниковому диоду внешнего электрическо-
го напряжения (рис.2а и 3а), область p-n перехода, в зависимости от полярности
этого напряжения , будет расширяться или сужаться . Очевидно, с расширением
области p-n перехода сопротивление диода в целом будет увеличиваться . Диод
закрывается , препятствуя прохождению тока. Сужение области высокого со-
противления приводит к уменьшению сопротивления диода и дио открывается .
Таким образом , вентильные свойства полупроводникового диода объяс-
няются наличием p-n перехода, от сопротивления которого зависит величина
тока, пропускаемого диодом . 
                                          11

        О сновны м элементом полупр оводниковы х диодов я вля ется электр онно-
ды р очны й или p-n пер еход, обр аз уемы й в тонком слое на гр анице двух
полупр оводников ср аз личны ми типами пр оводимости – электр онного (n-тип) и
ды р очного (р -тип). В n-полупр оводникеосновны ми носителя ми тока я вля ются
свободны е отр ицательно (negative) з ар я ж енны е электр оны , концентр ация
котор ы х nn многокр атно пр евы ш ает концентр ацию pn неосновны х носителей –
ды р ок (р ис.1б). В р -полупр оводнике основны ми носителя ми тока я вля ются
полож ительно (positive) з ар я ж енны еды р ки, концентр ация котор ы х р р во много
р аз пр евы ш ает концентр ацию неосновны х носителей nр . Электр оны в р -области
я вля ются неосновны ми носителя ми. Пр и контакте n и р полупр оводников
электр оны из n-области будут пер еходить в р -область, а ды р ки из р - в n-
область.
        Подобны й пр оцесс, наблюдаемы й в двух сообщ ающ ихся сосудах,
з аполненны х двумя р аз личны ми газ ами, в р езультате диф ф уз ии долж ен
з акончиться вы р авниванием концентр аций обоих газ ов по всему объем у
сообщ ающ ихся сосудов. О днако в отличие от обы чны х электр ически
нейтр альны х газ ов, электр онны й и ды р очны й газ ы имеют з ар я ды
пр отивополож ной поля р ности. С уходом электр она из n-области, в ней остается
иониз ир ованны й атом донор ной пр имеси, котор ы й пр едставля ет неподвиж ны й
(неучавствующ ий в пер еносетока) полож ительны й з ар я д. А налогично суходом
ды р ки в р -области остается неподвиж ны й отр ицательно иониз ир ованны й атом
акцептор ной пр имеси. Пр и вз аимодействии электр оны и ды р ки р екомбинир уют
(исчезают) и в области p-n пер ехода воз никает электр ическое поле Е 0,
обр аз уемое неподвиж ны ми иониз ир ованны ми донор ами и акцептор ами (р ис.
1а). Это полев области p-n пер ехода, обедненной носителя ми (р ис. 1б), соз дает
потенциальны й бар ьер (р ис.1в), пр епя тствующ ий дальнейш ему пер еходу
электр онов и ды р ок.
        У станавливается р авновесноесостоя ние, пр и котор ом объемны еобласти,
р асполож енны епо р аз ны естор оны p-n пер ехода, имеют р аз личны еэлектр иче-
скиепотенциалы . Потенциал р -области оказ ы вается ниж епотенцила n-области
(р ис. 1в). Т .к. область p-n пер ехода обеднена носителя ми, ееудельноеэлектр и-
ческое сопр отивление многокр атно (в деся тки, сотни ты ся ч р аз ) пр евы ш ает
удельны е сопр отивления объемны х областей диода (р ис. 1г). Поэтому
сопр отивление диода в целом пр актически опр еделя ется сопр отивлением
тонкого слоя p-n пер ехода.
        Пр и подключении к полупр оводниковому диоду внеш него электр ическо-
го напр я ж ения (р ис.2а и 3а), областьp-n пер ехода, в з ависимости от поля р ности
этого напр я ж ения , будет р асш ир я ться или суж аться . О чевидно, с р асш ир ением
области p-n пер ехода сопр отивлениедиода в целом будет увеличиваться . Д иод
з акр ы вается , пр епя тствуя пр охож дению тока. Суж ение области вы сокого со-
пр отивления пр иводит к уменьш ению сопр отивления диода и дио откр ы вается .
        Т аким обр аз ом, вентильны есвойства полупр оводникового диода объя с-
ня ются наличием p-n пер ехода, от сопр отивления котор ого з ависит величина
тока, пр опускаемого диодом.

Страницы