1.2.3. Применение полупроводников

_{Полупроводники обладают разнообраз­ными и необычными свойствами, которые определяют их широкое применение. При контакте полупроводников p-типа и n-типа образуются p-n переходы – основа почти всех полупроводниковых приборов.}

_{В полупроводнике p-типа проводимость в основном определяется движением дырок, т.е. дырки являются основными носителями тока. Соответственно в полупроводнике n-типа основными носителями будут электроны. Если взять два полупроводника n-типа и p-типа и соединить их, то на границе будут встречатся носители разных типов – элекроны и дырки. При этом они взаимно уничтожаются, или говорят происходит процесс рекомбинации. В результате в пограничном слое свободных носителей заряда практически не остается, значит получается изолирующий материал или диэлектрик, называемый запирающим слоем. Образовавшаяся структура называется p-n переходом.}

_{Этот p-n переход обладает интересным свойством, односторонней проводимостью.}

_П

Рис.27. Обратное (a) и прямое (б) включение p-n перехода.

ри подключении внешнего источника напряжения положительным полюсом к _{n-области, отрицательным — к p-области (см. рис.27а.) , дырки под действием внешнего электрического поля смещаются влево, а электроны – вправо. В результате изолирующий слой расширяется, препятствуя протеканию тока. Тока в цепи нет. Такое подключение называют обратным включением p-n перехода.}

_{Если же положительный полюс источника напряжения подключен к p-области, а отрицательный – с n-областью (см. рис.27б.), то дырки под действием внешнего электрического поля смещаются влево, а электроны – вправо. Ширина изолирующего слоя уменьшается, тем самым способствуя резкому возрастанию электрического тока через p-n переход. Такое подключение называют прямым включением p-n перехода.}

Прибор, обладающий односторонней проводимостью, называется диодом, он широко применяется в различных электрических схемах.

• П Рис.28. Вольт-амперная характеристика полупро-водникового диода. Олупроводниковый диод

Рассмотрим полупроводникового диод на основе p-n перехода. Если к диоду приложить напряжение, то в нем будет течь ток, который зависит от величины и полярности напряжения. Эта зависимость тока от напряжения называется вольт–амперной характери­стикой (ВАХ) (рис.28).

Ток I, протекающий в цепи диода, определятся формулой

, (2.13)

где U – приложенное напряжение, q – заряд носителей, Т – абсолютная температура.

При положительном напряжении ток резко экспоненциально возрастает. При отрицательном – слагаемое будет стремиться к нулю, поэтому график будет стремиться к значению тока, равному – I_o. Это так называемый обратный ток p-n-перехода.

• Стабилитрон

С

Рис.29. Включение и вольт-амперная характе-ристика стабилитрона.

табилитрон устроен практически так же, как и диод. То есть имеется p-n-переход, но напряжение в нем включается в обратной полярности. В этом случае переход запирается, то есть образуется изолирующий слой, вследствие чего обратный ток будет малым. Как и для любого другого изолятора, величина приложенного к изолирующему слою напряжения будет иметь некий предел, при превышении которого начнется электрический пробой. При этом обратный ток резко возрастает, что соответствует почти вертикальному участку обратной ветви ВАХ стабилитрона (рис.29.). Если протекающий ток не очень большой и не приводит к значительному нагреву, то этот процесс пробоя оказывается обратимым и разрушения кристаллической решетки не происходит. Такой режим работы оказывается вполне устойчивым. На этом участке ВАХ, при изменении тока в больших пределах, напряжение практически постоянно. Поэтому такие приборы используются для стабилизации напряжения и называют стабилитронами.