1.Полупроводники

К полупроводникам относятся:германий;кремний;селен;окиси меди;сульфиды;карбиды;интерметаллические соединения (антимониты индия, арсенид галлия).

Структура полупроводников кристаллическая. Решётка представляет собой тетраэдр, в котором атомы располагаются во всех узлах и в середине. Между атомами возникают ковалентные связи (рисунок 1):

Рисунок 1. Ковалентная связь

Если решётка безупречна и температура приближается к абсолютному нулю, то проводимость отсутствует. Если же температура отличается от абсолютного нуля, и существуют дефекты решётки, то, за счёт температуры некоторые электроны отрываются от атома и возникает собственная проводимость полупроводника. Проводимость за счет термогенерации очень мала.

Поэтому при изготовлении полупроводниковых приборов полупроводник легируют. Если добавить пятивалентную сурьму, то четыре валентных электрона сурьмы вступят в ковалентные связи с полупроводником, пятый же окажется слабосвязанным. За счёт этого формируется электронная проводимость. В этом случае полупроводник называется n-типа, а примесь донорной.

Если добавить трёх валентный индий, то для образования устойчивой восьмивалентной оболочки недостающий электрон отбирается у соседнего атома. В этом случае примесь называют акцепторной. На том месте, откуда пришёл электрон образуется «дырка». Тогда основным носителем будут «дырки». В этом случае полупроводник называется p-типа.

P-n переход. Диод.

Структура диода (рисунок 2):

Рисунок 2. Структура диода

Обозначение в схемах(рисунок 3):

Рисунок 2. Обозначение диода в схемах

Концентрация примесей в областях p и n делается различной. Та область, где концентрация выше называется эмиттером, а та в которой ниже – базой. База всегда более высокоомна, чем эмиттер.

Любой диод способен пропустить ток только в одном направлении. Рассмотрим рисунок, иллюстрирующий работу диода (рисунок 4):

Рисунок 3. Работа диода

При формировании p-n перехода идёт процесс диффузии «дырок» из слоя p в слой n. При этом в слое n вблизи границы окажутся избыточные дырки, которые будут рекомбинировать с электронами до тех пор, пока не будет выполнено условие равновесия. После этого справа от границы образуется непроводящий положительный заряд, а слева такой же отрицательный заряд. Область образовавшихся пространственных зарядов и есть p-n переход или истощённый слой. В целом переход нейтрален, но протяжённость перехода разная, т.е. он смещён в область базы.

Пространственные заряды создают электрическое поле, направленное так, что оно ограничивает дальнейшую диффузию носителей. Высота потенциального барьера Δφ составляет 0,25 – 0,45В для германия и 0,6 – 0,7 для кремния.

Прямое напряжение (плюс к p) должно превышать потенциальный барьер, при этом возникает прямой ток через переход, протяжённость самого перехода уменьшается. При подаче обратного напряжения (минус к p) возникает очень небольшой обратный ток, обусловленный наличием количества основных носителей в областях p и n. Ширина перехода при обратном напряжении увеличивается.