Вопрос №18. Собственная и примесная проводимость полупроводников. Полупроводниковые диоды и триоды (транзисторы).

Собственная проводимость.

Проводимость полупроводника, обусловленная электронами, возбуждёнными из валентной зоны в зону проводимости и дырками, образовавшимися в валентной зоне. Концентрации n_i таких(зонных) электронов и дырок равны, и их можно выразить через эфф. плотности состояний в зоне проводимости (N_c )и в валентной зоне(N_v), ширину запрещённой зоны  и абс. темп-ру Т:

Т. к. проводимость  полупроводника пропорциональна концентрации свободных носителей заряда и их подвижности  ,то в пренебрежении слабыми степенными зависимостями N_c, N_v и  от темп-ры для собств. полупроводников можно получить соотношение:

При наличии примесей, обусловливающих примесную проводимость полупроводника, собственную проводимость можно наблюдать в диапазоне изменения темп-ры полупроводника, в котором зависимость  линейна.

Примесная проводимость.

Проводимость полупроводника, при к-рой основной вклад в перенос заряда дают электроны (дырки), термически возбуждённые в зону проводимости (валентную зону) из локализованных в запрещённой зоне донорных (акцепторных) состояний (проводимость n -типа и р -типа). П. п. определяется концентрацией донорных   и акцепторных   примесей и положением их уровней в запрещённой зоне. При высоких темп-pax Т, если полупроводник невырожден, концентрация n_i носителей в собственном полупроводнике удовлетворяет условию   наличие примесей незначительно сказывается на концентрациях электронов n и дырок р:

При этом все примеси ионизованы, а уровень Ферми   близок к середине запрещённой зоны. При более низких темп-pax, для которых   почти все мелкие примеси остаются еще ионизованными (область истощения). В этом случае 

 т. е. концентрация основных носителей не зависит от Т. При дальнейшем понижении Т приближается к уровню  донорной примеси, и заселённость донорных уровней будет расти за счёт поступления электронов из зоны проводимости, а концентрация зонных носителей заряда соответственно уменьшаться.

Полупроводниковые диоды и триоды (транзисторы).

Односторонняя проводимость контактов двух полупроводников (или металла с полу проводником) используется для выпрямления в преобразования переменных токов. Полупроводниковое устройство, содержащее один р-n-_:переход, называется полупроводниковым диодом. Полупроводниковые диоды по конструкции делятся на точечные и плоскостные.    

Диоды обладают рядом преимуществ по сравнению с электронными лампами (малые габаритные размеры, высокие к.п.д. и срок службы, постоянная готовность к работе и т. д.), но они очень чувствительны к температуре, поэтому интервал их рабочих температур ограничен (от -70 до + 120°С). 

p-n-Переходы могут быть использованы также для усиления, а если в схему ввести обратную связь, то и для генерирования электрических колебаний. Приборы, предназначенные для этих целей, получили название полупроводниковых триодов или транзисторов.

Для изготовления транзисторов используются германий и кремний, так как они характеризуются большой механической прочностью, химической устойчивостью и большей, чем в других полупроводниках, подвижностью носителей тока. Полупроводниковые триоды делятся на точечные и плоскостные.Первые значительно усиливают напряжение, но их выходные мощности малы из-за опасности перегрева. Плоскостные триоды являются более мощными. Они могут быть типa р-n-р и типа n-р-n в зависимости от чередования областей с различной проводимостью.

Транзистор, подобно электронной лампе, дает усиление и напряжения и мощности.

Благодаря своим преимуществам перед электронными лампами (малые габаритные размеры, большие к.п.д. и срок службы, отсутствие накаливаемого катода (поэтому потребление меньшей мощности), отсутствие необходимости в вакууме и т. д.) транзистор совершил революцию в области электронных средств связи и обеспечил создание быстродействующих ЭВМ с большим объемом памяти.