Тема 7. Полупроводниковые приборы и их применение в эл. Цепях.

1. Что такое собственная и примесная проводимость полупроводника.

   Полупроводники — это вещества, удельное сопротивление которых убывает с повышением температуры, наличием примесей, изменением освещенности. По этим свойствам они разительно отличаются от металлов. Обычно к полупроводникам относятся кристаллы, в которых для освобождения электрона требуется энергия не более 1,5—2 эВ. Типичными полупроводниками являются кристаллы германия и кремния, в которых атомы объединены ковалентной связью. в результате переходов электронов от атомов к положительным ионам происходит процесс хаотического перемещения в кристалле места с недостающим электроном — «дырки». Внешне этот процесс хаотического перемещения воспринимается как перемещение положительного заряда. При помещении кристалла в электрическое поле возникает упорядоченное движение «дырок» — дырочный ток проводимости.     В идеальном кристалле ток создается равным количеством электронов и «дырок». Такой тип проводимости называют собственной проводимостью полупроводников. При повышении температуры (или освещенности) собственная проводимость проводников увеличивается.

А б

Идеальный полупроводник в равновесном состоянии (а)

и при наложении внешнего поля (б)

Примесная проводимость полупроводников — электрическая проводимость, обусловленная наличием в полупроводнике донорных или акцепторных примесей. Допорная примесь — это примесь с большей валентностью. При добавлении донорной примеси в полупроводнике образуются липшие электроны. Проводимость станет электронной, а полупроводник называют полупроводником n-типа. Акцепторная примесь — это примесь с меньшей валентностью. При добавлении такой примеси в полупроводнике образуется лишнее количество «дырок». Проводимость будет «дырочной», а полупроводник называют полупроводником р-типа. Принцип действия большинства полупроводниковых приборов основан на свойствах р—n-перехода.  р—n-Контакт полупроводников, подобно вакуумному диоду, обладает односторонней проводимостью:           если к р-области подключить «+» источника тока, а к n-области «-» источника тока, то запирающий слой разрушится и р—л-контакт будет проводить ток, электроны из д-области пойдут в р-область, а «дырки» из р-области в n-область (рис. 32).                      В первом случае ток не равен нулю, во втором — ток равен нулю. 

Примесная проводимость, как правило, намного превышает собственную, и поэтому электрические свойства полупроводников определяются типом и количеством введенных в неголегирующих примесей.

2. Как функционирует электронно-дырочный переход.

Рассмотрим свойства полупроводникового материала, образованного путем идеального контакта двух полупроводников разного типа проводимости. Это достигается путем сплавления двух кристаллов или легирования кристалла одного типа примесью другого типа проводимости. В результате в месте контакта образуется значительная разность концентраций основных носителей, поэтому через границу перехода начнется их миграция: электроны устремляются в р-область, дырки — в п-область.

Контактная область между двумя полупроводниками разных типов проводимости называется электронно-дырочным переходом или р-п-переходом.

После перемещения основных носителей в область с противоположным типом проводимости на границе контакта образуется двойной слой неосновных носителей заряда: в р-области — электронов, в п-области — дырок.

а б

Рисунок 6.17 — Миграция основных носителей через р-п-переход (а)

и образование двойного слоя носителей (б)

Эти слои образуют электрическое поле, напряженность которого направлена из п-области в р-область. Это поле называют внутренним полем р-п-перехода. Под действием этого поля приконтактная область оказывается обедненной основными носителями, в ней образуется запирающий слой.