Полупроводниковый диод. Козлов В.И - 2 стр.

                                           3


                            Лабораторная работа 10.
                            Полупроводниковый диод.
     Объектом изучения является p-n-переход. Экспериментально снимается вольтамперная
характеристика диода, а также изучается работа диодов в различных выпрямительных
схемах.
                                 Элементы теории.

     Механизм собственной электропроводности полупроводников. В полупроводниках
существует электропроводность двух типов. Полупроводники, как и металлы, обладают
электронной электропроводностью, которая обусловлена перемещением свободных
электронов.
     В металлах число электронов проводимости (т.е. электронов внешней оболочки атомов,
которые покинули свои атомы и могут свободно перемещаться по всему объему металла) не
меньше числа атомов. Такие свободно перемещающиеся электроны называют электронным
газом. Атомы, лишившиеся внешних электронов, можно рассматривать как положительные
ионы. Однако ионной электропроводности в металлах и полупроводниках нет, так как их
ионы неподвижны.
     В полупроводниках число свободных электронов обычно на много порядков меньше
числа атомов и атом, ставший ионом вследствие потери внешнего электрона, является
довольно редким среди окружающих его нормальных атомов с полным набором электронов.
Отсутствие электрона в атоме полупроводника назвали дыркой. В результате взаимодействия
атомов полупроводников на место отсутствующего электрона легко, с затратой очень малой
энергии, может перейти внешний электрон соседнего атома (для этого достаточна энергия
тепловых флуктуаций). Это приведет к тому, что дырка будет уже на новом месте. Здесь она
тоже может быть ликвидирована внешним электроном какого-либо другого соседнего атома.
Происходит перемещение внешних электронов соседних атомов на величину межатомного
расстояния. В результате многих таких перемещений электронов дырка может переместиться
на любое расстояние внутри объема полупроводника. При наложении на полупроводник
внешнего электрического поля перемещение дырки принимает упорядоченный,
направленный характер. Такой механизм называют дырочной проводимостью.
     Количество свободных электронов и дырок в чистом полупроводнике одинаково, но
преобладает при этом электронная электропроводность, так как свободные электроны
перемещаются с гораздо большей скоростью чем дырки. Следовательно, при наложении на
полупроводник электрического поля электрический ток, обусловленный свободными
электронами, будет больше.

     Примесная электропроводность. Можно создать полупроводник с преобладанием
дырочной проводимости. Для этого нужно, не увеличивая концентрации свободных
электронов, увеличить на несколько порядков концентрацию дырок.
     Рассмотрим полупроводник германий, атомы которого четырехвалентны, и введем в
него в качестве примеси трехвалентные атомы индия. Тогда атомам индия окажется
энергетически более выгодным отнять по одному электрону у атомов германия. Эти лишние
электроны изымаются из процесса электропроводности. А образовавшиеся дырки в атомах
германия будут способны принимать внешние электроны соседних атомов германия и, таким
образом, участвовать в дырочной проводимости.
     Поскольку концентрация свободных электронов в чистом германии очень мала (один
свободный электрон на 109 атомов), то добавление ничтожных количеств примеси индия
(один атом индия на 106 атомов германия) приводит к преобладанию концентрации дырок (в
103 раз по сравнению с концентрацией свободных электронов) и, соответственно к
увеличению дырочной электропроводности.
     Полупроводники с преобладанием дырочной электропроводности называют дырочными