Принцип работы полупроводниковых приборов.

Полупроводники – кремний, германий, селен 3. На внешнем электронном слое 2 имеют по 4-е валентных электрона, которые образуют ковалентные связи 1 с электронами соседних атомов, то есть каждый валентный электрон вращается одновременно вокруг двух ядер атомов. При этом вокруг ядра каждого атома вращается по 8 электронов: 4 своих и 4 соседних.

Внешний электронный слой из 8-и электронов является заполненным, а электроны, образующие ковалентные связи, прочно удерживаются ядрами атомов (а) – тока нет. Значит, при нормальных условиях полупроводники являются изоляторами. Но под действием повышенной температуры, или при воздействии внешнего электрического поля, напряжения, ковалентные связи разрываются, образуются свободные электроны которые являются носителями тока и полупроводник становится проводником электрического тока (б).

Э лектронная проводимость – это когда в полупроводник внедряют атомы пятивалентной примеси – сурьма, фосфор, мышьяк. Четыре валентных электрона атома примеси образуют ковалентные связи с атомами полупроводника, а для пятого электрона пара отсутствует. Пятые электроны являются свободными, они слабо притягиваются ядрами атомов. Если полупроводник с такой примесью включить в электрическую цепь, то под действием электрического поля свободные электроны начнут передвигаться и потечет электрический ток. Пластина с такой примесью будет проводить ток в обоих направлениях. Основными носителями тока являются свободные электроны, а пластина обладает электронной, или «n» проводимостью и электрически нейтральна.

Д ырочная проводимость – когда в чистый полупроводник внедряют атомы трехвалентной примеси – алюминий, бор, индий. Три валентных электрона атома образуют ковалентные связи с атомами полупроводника, а для образования 4-й связи не хватает электрона у атома примеси. Незаполненная ковалентная связь называется «дыркой». Если такую пластину поместить в электрическое поле, то под его воздействием электроны из имеющихся ковалентных связей будут заполнять «дырку», передвигаясь от «-» к «+» источника, а дырка будет приближаться к «-» источника и заполнятся электронами, которые имеются в избытке на «-» источника. Одновременно, со стороны «+» источника электроны будут вырываться из ковалентных связей, образовывая новые «дырки». Такая пластина обладает дырочной или «р» проводимостью, также электрически нейтральна и пропускает ток в обоих направлениях.

З апирающий слой. Если совместить две полупроводниковые пластины с электронной и дырочной проводимостью, то под действием внутренних сил диффузии электроны с «n»слоя переходят в «р» слой, а «дырки» наоборот, при этом на границе перехода, в «р» слое, образуется избыток электронов то есть отрицательный заряд, а на границе «n» слоя – недостаток электронов и положительный заряд. За счет разности зарядов на границе «р-n» перехода образуется напряжение U_пер, приблизительно равное 1-у Вольту – это запирающий слой.

Прямое напряжение. Если в пластинах с «р-n» переходом «+» источника соединить с «р» слоем или анодом, а «-» источника с «n» слоем или катодом, то при этом напряжение источника направлено против напряжения запирающего слоя. Запирающий слой под действием напряжения источника уничтожается и через «р-n» переход потечет прямой ток для которого сопротивление перехода очень мало. При снятии прямого напряжения, запирающий слой восстанавливается.

О братное напряжение. При соединении «+» источника с «n» слоем или катодом, а «-» источника с «р» слоем или анодом, под действием напряжения источника свободные электроны с «n»слоя притягиваются к «+» источника, увеличивая положительный потенциал «n» слоя, одновременно электроны увеличивают отрицательный потенциал «р» слоя. Обратное напряжение совпадает с напряжением запирающего слоя и увеличивает его.