Iобр ≈ Iо, обусловлен ннз.

Рис.7

Так как I_пр >> I_обр, то можно считать, что p-n переход обладает односторонней проводимостью.

Зависимость тока перехода от внешнего напряжения называется вольтамперной характеристикой p-n перехода, которая теоретически имеет вид (Рис.8):

Рис.8

Кроме сказанного об особенностях p-n перехода необходимо отметить наличие у него зарядной емкости.

Это объясняется тем, что область пространственного заряда перехода имеет двойной электрический слой: положительно заряженные доноры и отрицательно заряженные доноры акцепторы – этот слой и образует емкость, которую называют зарядной.

Ее величину можно определить по формуле плоского конденсатора, т.е.

С_зар = = C_o

где,

S_p-n – площадь перехода;

d_p-n – ширина перехода

Приведенная формула определяет емкость перехода при U_вн = 0, или C_o.

Зависимость зарядной емкости от внешнего напряжения выражается:

С_зар ≈

При подаче U_пр ширина перехода уменьшается, и зарядная емкость возрастает, а при подаче U_обр - уменьшается, т.к. ширина перехода увеличивается.

Понятие о диффузионной емкости.

Основными свойствами p-n перехода являются:

- несимметричная (односторонняя) электропроводность;

- зависимость проводимости от внешних факторов (температуры, наличия магнитных и электрических полей, излучения…)

- наличие зарядной емкости.

Контрольные вопросы:

- определение p-n перехода;

- что называется контактной разностью потенциалов?

- потенциальный барьер – это …

- определение запирающего слоя;

- чем определяется общий ток перехода?

- основные свойства перехода.

-структура p-n перехода и процессы, в нем происходящие;

- природа, направление диффузионного тока;

- природа, направление и составляющие теплового тока.

- процессы, протекающие в p-n переходе при подключении к нему U_пр;

- процессы, протекающие в p-n переходе при подключении к нему U_обр;

- ВАХ p-n перехода и ее зависимость от температуры.

Блиц - вопросы:

- определение p-n перехода;

- что называется контактной разностью потенциалов?

- потенциальный барьер – это …

- определение запирающего слоя;

- чем определяется общий ток перехода?

- основные свойства перехода;

- какое напряжение называется прямым?

- какое напряжение называется обратным?

- какое из напряжении уменьшает ширину ЗС?

- каков порядок величины прямого сопротивления?

- чем обусловлен прямой ток через переход?

- соотношение I_пр и I_обр;

- что позволяет считать о наличии у перехода односторонней проводимости?

Тема 1.3 Пробой p-n перехода

Явление, когда при увеличении обратного напряжения, резко возрастает обратный ток, называется пробоем перехода.

Различают электрический и тепловой пробои.

1. Электрический пробой может быть:

а) туннельный – наблюдается в очень тонких переходах при обратном напряжении

U_обр до 10 В. При этом возникает высокая напряженность электрического поля, под действием которой валентные электроны приконтактного слоя p-области отрываются от атомов и перебрасываются в n-область.

б) лавинный – наблюдается в широких переходах, также под действием электрического поля, но здесь основная роль принадлежит ННЗ – они разгоняются и ионизируют атомы, а образовавшиеся новые электроны сталкиваются с соседними атомами и процесс лавинообразно нарастает.

Оба электрических пробоя обратимы, протекают без разрушения структуры полупроводников.

2. Тепловой пробой обусловлен ростом количества НЗ при повышении температуры (5% на 1⁰С)

С увеличением обратного напряжения и тока (U_обр, I_обр) возрастает тепловая мощность, выделяющаяся в p-n переходе, P=U_обр∙I_обр и его температура. Под действием теплоты, ослабевают ковалентные связи, увеличивается количество НЗ.

Если мощность превысит максимально допустимую мощность (P>P_пред), процесс термогенерации лавинообразно разрастается, переход разрушается и в кристалле происходит необратимая перестройка структуры.

У большинства приборов сигнала наступает электрический пробой, который с увеличением обратного тока (I_обр) переходит в тепловой.

Контрольные вопросы:

1. Объяснить, почему p-n переход обладает электрической емкостью, формула, ее определяющая.

2. Зависимость зарядной емкости от внешнего напряжения.

3. Понятие о диффузионной емкости и ее величина.

Блиц - вопросы:

- понятие о пробое p-n перехода;

- виды пробоя;

- когда наблюдается туннельный пробой, его сущность;

- условия появления лавинного пробоя, в чем он заключается?

- при каких условиях наблюдается тепловой пробой, как он происходит?

- что значит обратимый и необратимый пробои?

Полупроводниковый диод

- это полупроводниковый прибор, имеющий двухслойную структуру, один переход и два вывода.

- Устройство:

Диоды классифицируются по конструкции, по свойствам и назначению.

- По конструкции различают плоскостные и точечные диоды.

(домашнее задание):

В плоскостных диодах линейные размеры перехода, определяющие его площадь, значительно больше его толщины. Их изготавливают методами сплавления или диффузии. Для изготовления диода методом сплавления на пластинку германия n-типа накладывается таблетка индия, затем следует термическая обработка, в результате которой таблетка индия расплавляется на поверхности пластинки германия – при остывании на границе расплава образуется тонкий слой германия, сильно легированный индием, т.е. слой с дырочной электропроводимостью.

С помощью свинцово-оловянного припоя создается омический контакт.

Точечный диод изготавливается: к поверхности отшлифованной и отполированной пластины германия n-типа прижимают заостренную металлическую иглу, и в месте соприкосновения образуется выпрямляющий переход – затем контакт подвергают электрической формовке, пропуская мощные короткие импульсы тока. При этом место контакта разогревается, и кончик иглы сплавляется с полупроводником, обеспечивая необходимую механическую прочность, часть материала иглы или ее примесей диффундирует в полупроводник, образуя микрообласть с дырочной электропроводностью.

Омический невыпрямляющий контакт создается также.

Затем диоды герметизируются в корпуса (металлический, стеклянный, метало-керамический) или заливаются эпоксидными смолами.

- По назначению различают основные группы диодов:

выпрямительные, высокочастотные, сверхвысокочастотные (СВЧ), импульсные, туннельные, лавинные, стабилитроны, варикапы, фотодиоды и светодиоды.

Условное обозначение:

общее обозначение

Аноду соответствует p-область, катоду - n-область.

Принцип работы выпрямительного диода (Рис.9):

На зажимах источника полярность входного напряжения (U_вх) изменяется, а через сопротивление нагрузки (R_н) ток протекает только в одном направлении, когда на аноде положительный потенциал, и создает на нем выпрямленное напряжение (U_выпр).

Такая схема выпрямления называется однополупериодной. На практике применяются более сложные схемы: двухполупериодные и другие, а для сглаживания пульсаций выпрямленного напряжения применяются фильтры (это предмет для разговора по источникам питания).

Недостатком выпрямительного диода является его инерционность на высоких частотах (обусловленная емкостью между его электродами), в результате которой диод теряет свои выпрямительные свойства.