6. Що таке електронно-дірковий перехід?

У будь-якому напівпровідниковому приладі є один або декілька електронно-діркових переходів. Електронно-дірковий перехід (або n-p-перехід) – це область контакту двох напівпровідників з різними типами провідності.

У напівпровіднику n-типу основними носіями вільного заряду є електрони; їхня концентрація значно перевищує концентрацію дірок (nn>>np). У напівпровіднику p-типу основними носіями є дірки (np>>nn). При контакті двох напівпровідників n- і p-типів починається процес дифузії: дірки з p-області переходять в n-область, а електрони, навпаки, з n-області в p-область. У результаті в n-області поблизу зони контакту зменшується концентрація електронів і виникає позитивно заряджений шар. В p-областізменшується концентрація дірок і виникає негативно заряджений шар. Таким чином, на границі напівпровідників утворюється подвійний електричний шар, поле якого перешкоджає процесу дифузії електронів і дірок назустріч один одному. Прикордонна область поділу напівпровідників з різними типами провідності (так званий замикаючий шар) звичайно досягає товщини порядку десятків і сотень міжатомних відстаней. Об'ємні заряди цього шару створюють між p- і n-областями замикаючу напругу Uз, приблизно рівну 0,35 В для германієвих n– p-переходів і 0,6 В для кремнієвих.

n- p-перехід має дивну властивість однобічної провідності.

Якщо напівпровідник з n–p-переходом підключений до джерела струму так, що позитивний полюс джерела з'єднаний з n-областю, а негативний – з p-областю, то напруженість поля в замикаючому шарі зростає. Дірки в p-області й електрони в n-області будуть зміщатися від n–p-переходу, збільшуючи тим самим концентрацію неосновних носіїв у замикаючому шарі. Струм через n–p-перехід практично не йде. Напругу, подану на n–p-перехід у цьому випадку називають зворотньою. Досить незначний зворотний струм обумовлений тільки власною провідністю напівпровідникових матеріалів, тобто наявністю невеликої концентрації вільних електронів в p-області й дірок в n-області.

Якщо n-p-перехід з'єднати із джерелом так, щоб позитивний полюс джерела був з'єднаний з p-областю, а негативний з n-областю, то напруженість електричного поля в замикаючому шарі буде зменшуватися, що полегшує перехід основних носіїв через контактний шар. Дірки з p-області й електрони зn-області, рухаючись назустріч один одному, будуть перетинати n-p-перехід, створюючи струм у прямому напрямку. Сила струму через n-p-перехід у цьому випадку буде зростати при збільшенні напруги джерела.

Здатність n-p-переходу пропускати струм практично тільки в одному напрямку використовується в приладах, які називаються напівпровідниковими діодами. Напівпровідникові діоди виготовляють із кристалів кремнію або германія. При їхньому виготовленні в кристал з яким-небудь типом провідності вплавляють домішку, що забезпечує інший тип провідності.

9. Класифікація напівпровідникових приладів.

Усі напівпровідникові прилади можна умовно розділити на дві великігрупи: біполярні та уніполярні.

До біполярних приладів необхідно віднести усі ті прилади, для роботияких принципово важливо наявність двох типів носіїв - електронів ідірок. До приладів цього типу, як правило, відносять усі пристрої, вяких управління електронним потоком проводиться за допомогоюелектронно-діркового переходу (pn - переходу). В приладах цього типуперенесення енергії сигналу проводиться почергово електронами, діркамиабо тими та іншими одночасно.

До уніполярних приладів відносяться прилади, в яких проводитьсяуправління потоками, що переважно складаються з носіїв одного типу, абоелектронів, або дірок.

За реакцією на вхідний сигнал прилади можнарозділити на підсилювальні(активні), перетворювальні та пасивні.

Підсилювальні або активні прилади збільшують потужність вхідного сигналуза рахунок енергії, що надходить з джерела живлення.

Пасивніприлади не володіють підсилювальними властивостями. Перетворювальніприлади перетворюють форму сигналу, при цьому вони можуть бути якпідсилювальними, так і пасивними.

Для класифікації напівпровідникових приладів, що відображено в їхмаркуванні*, використовується цілий ряд ознак, що вміщують:

матеріал (Г або 1-германій, 2 або К - кремній, А або 3 - арсенід галію,4 або И - з'єднання на основі індію і т.д);

тип (наприклад, підкласи: Д - діоди, Т - біполярні транзистори, П -польові транзистори);

експлуатаційні характеристики (потужність, частота, температурнийдіапазон та ін. знаходять відображення в цифровому елементі позначення);

конструктивні та технологічні особливості прибору (переважно, додатковіцифри, написані через дефіс).

Перерахуємо основні типи напівпровідникових приладів.

Біполярні прилади.

Діоди.

Структура активної області: "pn".

Можливі застосування: випрямлення змінного струму, перетворення тагенерація сигналів. Основні різновиди діодів наведені в таблиці 3.

Біполярні транзистори.

Структура активної області може бути як "pnp", так і "npn".

Можливе застосування: це універсальні підсилювальні прилади, щопризначені для застосування в схемах підсилення, генерації таперетворення сигналів.

Тірістори.

Структура активної області: "pnpn".

Це - активний прилад, що призначений для роботи в якості швидкодіючогоелектронного ключа. У вимкненому стані (off) тірістор володіє великимопором і струм через нього надзвичайно малий, в увімкненому стані (on)опір тірістора малий і струм, який протікає через нього, може бутивеликим.

Уніполярні прилади.

Діоди з контактом метал-напівпровідник (діоди Шотткі).

Структура активної області: метал-напівпровідник.

Можливі застосування ті ж, що і у діодів з pn переходом.

Позначення цих діодів співпадає з позначеннями, які прийняті для діодівз "pn" переходом, оскільки їх основне функціональне призначення таке ж,як і у біполярних діодів.

Польові транзистори.

Польові транзистори можна розділити на дві великі групи: польовітранзистори з управляючим pn - переходом та польові транзистори зіструктурою метал-діелектрик-напівпровідник (МДН). Оскільки в якостідіелектрика в цих приладах часто використовується оксид кремнію, то їхіще називають МОН - транзисторами (за першими буквами сполучення слів:метал - окис - напівпровідник). Для позначення підкласу польовихтранзисторів використовується буква П. Оскільки ці транзистори виконуютьті ж функції, що і біполярні, для них в класифікаційному позначеннівикористовується ті ж елементи, що і для біполярних транзисторів (див.табл. 4, третю колонку). Так, наприклад, польові транзистори можуть матинаступні марки*: КП101, КП201, КП301, КП901 і т.п.