1.2. Переход «р-n»

При контакте двух полупроводников с разным типом примесной проводимости (п – и р– типа) на границе раздела образуется область, которую называют электронно–дырочным переходом или р–п переходом.

Свойства р–п перехода положены в основу принципа действия подавляющего большинства полупроводниковых приборов. Контакт p-n перехода осуществляется сложными технологическими приемами (рис.3).

n I_др p

I_диф

Рис. 3

Так как в одном слое высока плотность дырок, в другом – электронов, то начинается процесс диффузии электронов в область «р», а дырок – в область «n» (так называемый ток диффузии). Но заряды не проникают далеко вглубь, концентрируются вблизи перехода, образуя потенциальный барьер по величине (0,6-0,9) В, который полностью прекратит дальнейшую диффузию. Только отдельные свободные электроны, возникшие в самом переходе, движутся в обратную сторону, создавая ток дрейфа.

Если приложить к переходу прямое внешнее напряжение, то уже при напряжении (0,3-0,5)В барьер снимается и через переход потечет ток.

Если на переход подать обратное напряжение, то барьер усилится, и ток почти полностью прекратится. То есть переход обладает вентильными свойствами.

Если же обратное напряжение повышать дальше, то при широком переходе дрейфовые электроны могут достигнуть таких скоростей, что будут ионизировать атомы и дрейфовый ток может лавинно нарастать. Это явление называют лавинным пробоем. Если же переход узкий, то при повышении напряжения электрические силы будут разрывать атом на ион и электрон, при этом количество носителей резко возрастает. Это электрический пробой. Если при этих видах пробоя отводить тепло от перехода, то после снятия напряжения переход восстанавливается. Однако, если этого не произойдет, то лавинный переход может разогреть переход и количество носителей резко возрастет, что приведет к еще большему нагреву и в конце концов переход исчезнет. Это явление – тепловой пробой. То есть после теплового пробоя переход не восстанавливается.

Туннельный пробой наблюдается при больших напряженностях поля в узких р–п переходах. В них наблюдается туннельный эффект, который состоит в том, что электроны через узкий р–п перехода проходят в смежную область без затраты энергии, «туннелируют».

Тема 2. Полупроводниковые приборы

2.1. Диод

Диод – полупроводниковый прибор с одним р-п переходом, использующий свойства этого перехода для выпрямления

О бозначается: Диод представляет вольтамперная характеристика (рис. 4).

Рис. 4

Вольтамперная характеристика (ВАХ) - это зависимость электрического тока, протекающего через диод от напряжения, приложенного к диоду. Прямой ток резко растет при небольших положительных напряжениях (U_npB). Но этот ток не должен превышать максимального значения, т.к. в противном случае произойдет тепловой пробой диода и он выйдет из строя. Максимальное обратное напряжение определяется конструкцией диода и то же определяет критическую величину.

Все это диктует основные характеристики диода:

максимально допустимый прямой ток 0.1-2000А;

максимально допустимое обратное напряжение 25-4000В,

обратный ток 0.1-500 мкА

С целью увеличения вентильных свойств диоды могут соединяться последовательно и параллельно.