Изучение зависимости электрической проводимости варистора. Лукьянов Г.Д. - 1 стр.

                                                         1

 доц. Лукьянов Г.Д.

                      Работа 5-8: Изучение зависимости электрической проводимости варистора.

   Цель работы: ознакомиться с принципом действия варистора, изучить зависимость сопротивления варистора от на-
пряжения при различных температурах.

                                               Теоретические сведения.
   В практике создания электронных схем иногда возникает необходимость применения «нелинейных» элементов, в ча-
стности, резисторов, сопротивление которых зависит от приложенного напряжения. Резисторы с такими свойствами на-
зываются варисторами. Рассмотрим физические принципы, которые используются при создании варисторов.
   Прежде всего, заметим, что резистор, изготовленный из однородного полупроводника, уже обладает свойствами вари-
стора. С чем это связано?
                                                                                             r       r
   Закон Ома, т.е. линейное соотношение между плотностью тока и напряженностью поля          j = σ ⋅ E , выполняется
при двух условиях:
   1)скорость дрейфа носителей заряда пренебрежимо мала по сравнению со скоростью теплового движения электронов;
   2)концентрация носителей заряда сохраняется неизменной.
   Эти условия прекрасно выполняются для металлических проводников во всем диапазоне напряженностей полей и
температур, при которых проводник сохраняется в твердом состоянии. Для полупроводников скорость теплового движе-
ния носителей становится сравнимой со скоростью дрейфа при полях, достигаемых при их нормальной эксплуатации
( E ~ 10 4 В / м ). Уже одно это обстоятельство приводит к нелинейной зависимости плотности тока от напряженности по-
ля.
   Подвижность носителей заряда при полях 10 4 В / м < Е < 10 6 В / м убывает по закону   μ ~ Е -0,5 , а при напряженно-
стях Е > 10 6 В/м ~ E -1 . Это связано с особенностью взаимодействия носителей заряда с кристаллической решеткой по-
луроводника и приводит к зависимости скорости дрейфа от напряженности, изображенной на рис.1.




                      Рис.1. Зависимость скорости дрейфа носителей заряда полупроводника
                      от величины напряженности поля.

   Помимо этой причины отклонения от закона Ома, существует и зависимость концентраций носителей заряда от на-
пряженности поля. Механизмы её, в основном, сводятся к трём главным:
   1) термоэлектронная ионизация;
   2) ударная ионизация;
   3) электростатическая ионизация;
   Рассмотрим кратко содержание упомянутых механизмов.
   Термоэлектронная ионизация. Действие электрического поля на атомы вещества полупроводника изменяет состоя-
ние валентных электронов, облегчая их переход в зону проводимости при тепловом возбуждении. Можно сказать, что
часть необходимой для такого перехода энергии предоставляет электрическое поле, созданное в полупроводнике. Этот
эффект появляется при напряженности поля E > 10 7 В / м и приводит к увеличению концентрации свободных носителей
                             0,5
заряда по закону n ~ exp(E         ).