11. Енергетичні діаграми напівпровідників.

На рис.1 подані енергетичні діаграми різних матеріалів, на яких:

• В – валентна зона, в якій усі рівні при температурі абсолютного нуля заповнені електронами;

• З – заборонена зона, в якій енергетичні рівні відсутні;

• П – зона провідності, на енергетичні рівні якої можуть переходити електрони при збудженні атомів.

Для того щоб електрон міг перейти з валентної зони в зону провідності йому необхідно надати енергію, більшу ніж ∆W.

У металів заборонена зона відсутня, тому при кімнатній температурі велика кількість електронів, яка перейшла з валентної зони в зону провідності, забезпечує металам високу електропровідність.

У діелектриків ∆W > 3…4 еВ (1 еВ = 1,6 ∙ 10 ⁻⁹ Дж; 1 Дж =1 кг м²/с²) і за звичайних умов електрони провідності практично відсутні.

∆W_Ge = 0,72 еВ, ∆W_Sі = 1,12 еВ. Ці напівпровідники належать до ІV групи періодичної системи елементів Менделєєва і мають по чотири валентних електрони. ∆W_GаАs = 1,42 еВ.

12. Динистори. Вах.

Якщо між анодом і катодом підключена зовнішня постійна напруга (плюс до р₁, мінус n₂ – пряма напруга), то переходи 1 та 3 зміщуються у прямому напрямі, а перехід 2 – у зворотному і на ньому падає практично вся напруга зовнішнього джерела. Структуру диністора можна уявити складеною з двох транзисторів р₁-n₁-р₂ і n₁-р₂-n₂, у яких області n₁ та р₂ умовно поділені. Перехід 1 є емітерним переходом першого T., через який дірки інжектують з області р₁ в область n₁, яка виконує роль бази для цього T. Частина з них, уникнувши рекомбінації, досягає зворотно зміщеного колекторного переходу 2 і перекидається його полем у колектор р₂ першого T., який у той же час є базою другого T. Цей струм визначається виразом

,

де − зворотний дірковий струм колекторного переходу; − коефіцієнт передачі струму емітера першого транзистора.

Поява дірок у базі р₂ другого транзистора (n₁-р₂-n₂) приводить до утворення нескомпенсованого заряду. Цей заряд, зменшуючи висоту потенціального бар’єра емітерного переходу 3 другого T., викликає зустрічну інжекцію електронів з емітерної області n₂ другого транзистора в область р₂, яка є базою для другого T. і колектором для першого. Інжектовані електрони, продифундувавши через базу р₂, досягають переходу 2 і переводяться його полем у колектор n₁ другого транзистора, який є одночасно базою першого T. (р₁-n₁-р₂). Значення електронного струму дорівнює , де − зворотний електронний струм колекторного переходу; − коефіцієнт передачі струму емітера другого T.

Різке збільшення концентрації електронів у базі n₁ та дірок у базі р₂ призводить до швидкого (сумірного з тривалістю лавиноподібного процесу) зниження напруги на зворотно-зміщеному переході 2, а отже, до зменшення напруги на тиристорі.

Описані процеси визначають ВАХ диністора, показану на мал.1, на прямій вітці якої можна виділити дві стійкі зони: область ІІІ з малими значеннями струму при великих значеннях напруги U_а і область вмикання І з великими значеннями струму при малих значеннях напруг U_а. Точки А та В відповідають умові і називаються відповідно точками вмикання і утримування диністора, а відповідні їм струми називають струмом вмикання та струмом утримування . Між точками А та В лежить зона ІІ, в якій диністор володіє негативним диференціальним опором.

Якщо напруга на диністорі досягне напруги вмикання , то робоча точка стрибком переходить зі стану А в . При зменшенні напруги робоча точка із В стрибком переходить у . Робочою ділянкою ВАХ є ділянка . При цьому спад напруги між анодом і катодом диністора невеликий, оскільки всі переходи зміщені в прямому напрямі. ля вимикання Д. необхідно зменшити прямий струм до значення, що не перевищує значення струму утримування (точка В), або подати на Д. напругу зворотної полярності. Після зміни полярності зовнішньої напруги переходи 1 і 3 зміщуються у зворотному напрямі, а перехід 2 залишається прямо зміщеним. ВАХ така сама, як і у звичайного діода для зворотного вмикання (ІV – область зворотного зміщення та V – область пробою структури).

Таким чином, керування струмом диністора можливо або за рахунок зміни значення і напряму напруги зовнішнього джерела, прикладеної між анодом і катодом пристрою при незмінному опорі і навантаження (R_н = соnst), або зміною опору навантаження при незмінній напрузі зовнішнього джерела (Е_а = соnst).