Энергетическая диаграмма p-n перехода в равновесном состоянии.

В условиях равновесия p-n перехода, когда отсутствует внешнее напряжение, энергия Ферми одинакова для любого объема полупроводника, что приводит к горизонтальности положения уровня Ферми на энергетической диаграмме. Основные носители заряда областей полупроводника p- и n-типов, энергия которых больше высоты барьера, диффузионно преодолевают его. Основные носители заряда, переходящие p-n переход в тормозящем для них электрическом поле, образуют диффузионную составляющую тока перехода iD.

В то же время неосновные носители заряда, находящиеся вблизи p-n перехода и совершающие тепловое хаотическое движение, попадают под действие электрического поля p-n перехода, увлекаются им и переносятся в противоположную область: электроны p-области в n-область; дырки n-области в p-область. Неосновные носители заряда, переходящие переход под действием напряженности электрического поля Eк p-n перехода, образуют дрейфовую составляющую тока iE через переход. Условие равновесия выполняется, когда диффузионный ток iD будет компенсирован встречным дрейфовым током iE и полный ток через переход будет равен нулю.

Прямое включение.

К p-области присоединён положительный полюс источника питания, а к n-области – отрицательный. Такое включение p-n-перехода называется прямым, прямое напряжение принято считать положительным. Внешнее поле при прямом включении оказывается направленным противоположно диффузионному полю. Высота потенциального барьера уменьшается на величину qU. При этом часть основных носителей в областях p- и n-смогут проникать через запирающий барьер в области, где являются неосновными и рекомбинируют. Это приводит к появлению большого тока через p-n-переход. Преодолевшие потенциальный барьер, носители заряда оказываются в соседней области неосновными. Тоесть происходит инжекция носителей заряда. Ту область полупроводника, в которую происходит инжекция носителей, называют базой полупроводникового прибора.

Значит при прямом включении p-n-перехода происходит инжекция носителей, p-n-переход открыт, через него течёт прямой ток.

Обратное включение. Если подключить внешний источник так, что p-область окажется соединённой с «минусом», а n-область - с «плюсом», то внешнее поле будет направлено так же, как и диффузионное. Высота потенциального барьера увеличивается, она станет равной. Через барьер смогут пройти только неосновные носители. Так как их количество значительно меньше, чем основных, ток через переход в этом случае будет мал по сравнению с тем, который получился при прямом включении. Это включение называется обратным, обратное напряжение принято считать отрицательным. Когда к p-n-переходу приложено обратное напряжение, неосновные н осители заряда втягиваются электрическим полем в p-n-переход и проходят через него в соседнюю область. Таким образом, при обратном включении p-n-перехода происходит экстракция неосновных носителей, p-n-переход «закрыт», через него течёт только малый ток неосновных носителей.

Самостоятельная работа №4 Общие сведения о фотоявлениях в материалах.

Фотоэффект — испускание электронов веществом под действием света или любого другого электромагнитного излучения. В твёрдых и жидких веществах выделяют внешний и внутренний фотоэффект.

Законы внешнего фотоэффекта: 1-ый закон фотоэффекта (закон Столетова): Сила фототока прямо пропорциональна плотности светового потока. 2-ой закону фотоэффекта: Максимальная кинетическая энергия вырываемых светом электронов линейно возрастает с частотой света и не зависит от его интенсивности. 3-й закон фотоэффекта: Для каждого вещества при определенном состоянии его поверхности существует граничная частота света, ниже которой фотоэффект не наблюдается. Эта частота и соответствующая длина волны называется красной границей фотоэффекта.

Теоретическое объяснение этих законов было дано в 1905 году Эйнштейном.

Внешним фотоэффектом (фотоэлектронной эмиссией) называется испускание электронов веществом под действием электромагнитных излучений. Электроны, вылетающие из вещества при внешнем фотоэффекте, называются фотоэлектронами, а электрический ток, образуемый ими при упорядоченном движении во внешнем электрическом поле, называется фототоком.

Фотокатод — электрод вакуумного электронного прибора, непосредственно подвергающийся воздействию электромагнитных излучений и эмитирующий электроны под действием этого излучения.

Законы внешнего фотоэффекта[править | править вики-текст]

Закон Столетова: при неизменном спектральном составе электромагнитных излучений, падающих на фотокатод, фототок насыщения пропорционален энергетической освещённости катода (иначе: число фотоэлектронов, выбиваемых из катода за 1 с, прямо пропорционально интенсивности излучения):

и

Максимальная начальная скорость фотоэлектронов не зависит от интенсивности падающего света, а определяется только его частотой. Для каждого вещества существует красная граница фотоэффекта, то есть минимальная частота света V0 (зависящая от химической природы вещества и состояния поверхности), ниже которой фотоэффект невозможен.

Внутренним фотоэффектом называется перераспределение электронов по энергетическим состояниям в твёрдых и жидких полупроводниках и диэлектриках, происходящее под действием излучений. Он проявляется в изменении концентрации носителей зарядов в среде и приводит к возникновению фотопроводимости или вентильного фотоэффекта.

Фотопроводимостью называется увеличение электрической проводимости вещества под действием излучения.

Самостоятельная работа №5 Устройство, принцип действия, ВАХ, параметры позистора.

П озистор - это полупроводниковые резисторы, отличающийся от термистора температурным коэффициентом. Термистор -- терморезистор с отрицательным температурным коэффициентом сопротивления, а позистор - с положительным коэффициентом сопротивления.

Позисторы, благодаря своим особым полезным свойствам, находят широкое практическое применение. В настоящее время они используются обычно при токах, достигающих нескольких сотен миллиампер в установившемся режиме и нескольких ампер при переходных процессах. Позисторы предназначены для работы в качестве датчиков систем регулирования температур, противопожарной сигнализации, тепловой защиты, ограничения и стабилизации тока в электрических схемах.

При использовании позисторов необходимо знать следующие три основные характеристики: 1. Температурная зависимость сопротивления; 2. Статическую характеристику (зависимость тока позистора от приложенного напряжения); 3. Динамическую характеристику (зависимость тока через позистор от времени).

Так как позистор имеет два выводных конца, то с ним можно обращаться так же, как и с обычными резисторами и конденсаторами.