Лекция 2 Принципы работы полупроводниковых приборов и их применение Диоды

В пластине полупроводника, на границе между двумя слоями с различного рода электропроводностями, образуется электронно-дырочный переход, называе­мый также p-n-переходом или запирающим слоем. Этот слой обладает вентиль­ными свойствами, т. е. односторонней проводимостью. Это явление можно пояс­нить следующими положениями. Концентрация электронов в n-области во много раз больше, чем их концентрация в p-области, где они служат неосновными носи­телями заряда. Вследствие этого электроны диффундируют в область их низкой концентрации — p-область. Здесь они рекомбинируют с дырками акцепторов и таким путем образуют пространственный (объемный) отрицательный заряд ионизированных атомов акцепторов, не скомпенсированный положительным за­рядом дырок — основных носителей заряда в этой области.

Одновременно происходит диффузия дырок в n-область. Здесь создается нескомпенсированный зарядом электронов пространственный положительный заряд ионов доноров. Таким путем между двумя областями полупроводника возникает двойной слой пространственного заряда, обедненный основными носи­телями заряда. Из-за наличия пространственных зарядов возникает перепад электрического потенциала между p- и n-областями. Его называют потенциаль­ным барьером, а его величину — высотой потенциального барьера.

Электронно-дырочный переход нельзя получить, наложив одну на другую пластины, изготовленные из полупроводников с различной примесной проводи­мостью, так как между пластинами неизбежно наличие поверхностных пленок или очень тонкого слоя воздуха. Такой переход создается лишь посредством образования областей с различными электропроводностями в одной пластине полупроводника. Такой двухслойный полупроводниковый прибор с p-n-переходом называется полупроводниковым диодом.

Если положительный полюс источника электроэнергии соединен с p-областью полупроводникового диода, а отрицательный — с n-областью, то электрическое поле источника ослабляет до малой величины действие пространственных заря­дов — снижает потенциальный барьер диода, вследствие чего резко возрастает диффузия и вместе с ней ток через p-n-переход. Такое включение полупроводникового диода называется прямым.

При обратном включении полупровод­никового диода, когда с p-областью соединен минус источ­ника напряжения, а с n-областью — плюс этого источника, внешнее поле усиливает поле пространственных зарядов и удаляет носители заряда с обеих сторон перехода. Через p-n-переход создается в этом случае лишь весьма малый ток, обусловленный движением неосновных носителей за­ряда. Но из-за этого тока обратное сопротивление полупроводникового диода является конечной величиной.

Прямое включение: Обратное включение:

У диодов в качестве одного из основных параметров используют обратный ток I_обр, который измеряют при опре­деленном значении обратного напряжения.

I = I(e- 1)

Закон изменения тока

Ста­билитроны

Полупроводни­ковые стабилитроны, назы­ваемые иногда опорными диодами, предназначены для стабилизации напряже­ний. Их работа основана на использовании явления электрического пробоя p-n-перехода при включении диода в обратном напра­влении.

Материалы, используемые для создания p-n-перехода стабилит­ронов, имеют высокую концентрацию примесей. При этом напряженность электрического поля в p-n-переходе значительно выше, чем у обычных диодов. При относительно небольших обратных напряжениях в p-n-переходе возникает сильное элек­трическое поле, вызывающее его электрический пробой. В этом режиме нагрев диода не носит лавинообразного характера. Поэтому электрический пробой не переходит в тепловой.

d

E = ~

U - напряжение стабилизации

В качестве примера на рисунке приведены вольт-амперные характеристики стабилитрона при различных температурах, показано условное обозначение стабилитронов.