42. Электрические свойства полупроводников. Свойства р-п-перехода

К полупроводникам относят большую группу твердых веществ, которые по своим электрическим свойствам (по количеству свободных электронов, а значит, и по электри­ческому сопротивлению) занимают среди твердых тел промежуточное положение между проводниками и изоля­торами. Действительно, удельное сопротивление металлов составляет 10-2-10-4Ом·м, изоляторов 1012-1020 Ом·м, а удельное сопротивление полупроводников располагается в диапазоне 1012-10-2Ом·м. И если в рассмотренных ранее электронных приборах электрические заряды движутся в вакууме или в газе, то в полупроводниковых приборах они перемещаются в твердом теле, в кристаллах. Из боль­шого числа разнообразных полупроводниковых веществ в радиотехнике наибольшее распространение получили гер­маний и кремний, электрические свойства которых почти одинаковы. Электрические свойства полупроводников зависят от связей между атомами кристалла и от связей электронов с ядрами атомов. В полупроводниках эти связи весьма сильные, и поэтому свободных электронов у них очень мало. Однако можно искусственно разорвать некоторые из

этих связей. Полупроводниковым p-n- переходом называют тонкий слой, образующийся в месте контакта двух областей полупроводников акцепторного и донорного типов (см. рис. 4.21). Обе области полупроводника, изображенные на рисунке, электрически нейтральны, поскольку как сам материал полупроводника, так и примеси электрически нейтральны. Отличия этих областей - в том, что левая из них содержит свободно перемещающиеся дырки, а правая свободно перемещающиеся электроны

.

В результате теплового хаотического движения одна из дырок из левой области p -типа может попасть в правую область  n-типа, где быстро рекомбинирует с одним из электронов. В результате этого в правой области появится избыточный положительный заряд, а в левой области - избыточный отрицательный заряд (см. рис. 4.21). Аналогично, в результате теплового движения один из электронов из левой области может попасть в правую, где быстро рекомбинирует с одной из дырок. В результате этого в правой области также появится избыточный положительный заряд, а в левой области - избыточный отрицательный заряд. Появление этих зарядов приведет к появлению электрического поля  E на границе областей полупроводника. Это поле будет отталкивать дырки  p- области от границы раздела полупроводников, а электроны  n-области - вправо от этой границы. С электрическим полем E можно связать потенциальную энергию дырки и электрона в областях (см. рис. 4.21). Получается, что дырка для перехода из p-области в n-область должна "забраться" на потенциальный порог высоты W. На аналогичный порог должен "забраться" электрон для перехода из n-области в p-область.

43. Полупроводниковые диоды. Стабилитроны

Полупроводниковый диод — полупроводниковый прибор с одним электрическим переходом и двумя выводами (электродами). В отличие от других типов диодов, принцип действия полупроводникового диода основывается на явлении p-n-перехода.Плоскостные p-n-переходы для полупроводниковых диодов получают методом сплавления, диффузии и эпитаксии. Полупроводнико́вый стабилитро́н, или диод Зенера — плоскостной кремниевый полупроводниковый диод, работающий при обратном смещении в режиме пробоя^[1]. До наступления пробоя через стабилитрон протекают незначительные токи утечки, а его сопротивлениевесьма высоко^[1]. При наступлении пробоя ток через стабилитрон резко возрастает, а его дифференциальное сопротивление падает до величины, составляющей для различных приборов от долей Ома до сотен Ом^[1]. Поэтому в режиме пробоя напряжение на стабилитроне поддерживается с заданной точностью в широком диапазоне обратных токов^[2].Основное назначение стабилитронов — стабилизация напряжения^[1][2]. Серийные стабилитроны изготавливаются на напряжения от 1,8 В до 400 В^[3]. Интегральные стабилитроны со скрытой структурой на напряжение около 7 В являются самыми точными и стабильными твердотельными источниками опорного напряжения: лучшие их образцы приближаются по совокупности показателей к нормальному элементу Вестона. Особый тип стабилитронов, высоковольтные лавинные диоды («подавители переходных импульсных помех», «суппрессоры», «TVS-диоды») применяются для защиты электроаппаратуры от перенапряжений