5. Опишите вольтамперную характеристику p-n- перехода.

Вольтамперная характеристика p-n перехода

Зависимость тока от приложенного напряжения I=f(U) называют вольт-амперной характеристикой (ВАХ).

Прямая ветвь ВАХ соответствует прямому смещению p-n перехода. Прямой ток при увеличении напряжения быстро возрастает. Этот ток обусловлен движением через пониженный потенциальный барьер основных носителей заряда. Однако попав в противоположную область эти носители становятся не основными. Такой процесс введения из противоположных областей не основных носителей при понижении высоты потенциального барьера называют инжекцией.

Обратная ветвь ВАХ соответствует обратному смещению p-n перехода. Диффузионный ток при росте (по модулю обратного напряжения) экспоненциально убывает и при напряжении в десятые доли вольт практически равен нулю.

Из рассмотренного следует важное свойство p-n перехода, которое используется при построении электронных приборов свойство односторонней проводимости.

В более общем виде p-n переход можно рассматривать как нелинейный элемент, сопротивление которого зависит от величины и полярности приложенного напряжения. Имена эта нелинейность ВАХ лежит в основе работы полупроводниковых приборов, использующихся для выпрямления переменного тока, преобразования частоты, ограничения амплитуд.

Рассмотрено теоретическое ВАХ несколько отличается от реальной ( рис. 5 б) ). Эти отличия обусловлены следующем: при увеличении обратного напряжения до некоторого значения в p-n переходе возникает явление пробоя, при котором обратный ток резко увеличивается.

Различают два вида пробоя: электрический (обратимый) и тепловой (не обратимый).

Электрический пробой (сплошная линия) может возникать в следствие туннельного эффекта (туннельный пробой), внутренней электростатической эмиссии (зенеровский пробой) или под действием ударной ионизации атомов полупроводника (лавинный пробой).

Важно отметить, что электрический пробой не приводит к разрушению структуры кристалла. Им можно управлять, регулируя в больших приделах обратный ток путем изменения приложенного напряжения (используется в стабилитронах).

Тепловой пробой (пунктирная линия) возникает в следствие нарушения баланса между выделяемой в p-n переходе энергией и тепловой энергией, рассеиваемой в окружающее пространство. Тепловой пробой приводит к разрушению p-n перехода.

6. Раскройте понятия полупроводниковый диод; опишите его устройство, принцип действия и применения.

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.

Применение:

Полупроводниковые диоды наиболее часто применяются для выпрямления переменного тока. В радиоприемниках и телевизорах используются диоды разных типов. Мощные диоды служат для выпрямления переменного тока городской сети, а маломощные — для выпрямления принятых антенной радио- и телесигналов.

На практике широкое применение получили полупроводниковые фотоэлементы и солнечные батареи в качестве источников тока.

Вентильный фотоэлемент является источником тока, который превращает энергию света в электрическую. Множество вентильных фотоэлементов, соединенных в батарею, образуют солнечные батареи, которые служат электрическими генераторами для космических кораблей. Последнее время стали строить автомобили, двигатели которых питаются от солнечных батарей; разрабатываются проекты экологически чистых электростанций.

Принцип действия полупроводникового диода:

В основе принципа действия полупроводникового диода — свойства электронно-дырочного перехода, в частности, сильная асимметрия вольт-амперной характеристики относительно нуля. Таким образом различают прямое и обратное включение. В прямом включении диод обладает малым электросопротивлением и хорошо проводит электрический ток. В обратном — при напряжении меньше напряжения пробоя сопротивление очень велико и ток перекрыт.