Полупроводниковые электронные устройства

Полупроводники по удельному сопротивлению - это вещества, у которых 10^-7<ρ<10⁸ (Ом ∙м).

Характерные представители: Si ,Se , Te.

Проводимость проводников обусловлена перемещением зарядов, но в двух вариантах:

1. Движение свободных электронов называется электронной проводимостью, такие полупроводники называются n-типа.

2) Движение положительных зарядов обусловлено движением связанных электронов, за счет т. н. дырок – дырочная проводимость (проводимость p-типа).

Дырка – это вакантное место в атоме для электрона, несущее положительный заряд, или положительный заряд, образующийся при удалении электрона.

1. Полупроводниковый диод

Р ассмотрим контакт n-полупроводника и p-полупроводника с дырочной проводимостью.

Электроны из n-полупроводника будут диффундировать в p-полупро-водник. На границе появится внутреннее электрическое поле, которое препятствует дальнейшей диффузии заряда и при этом устанавливается динамическое равновесие. Подключим к этому устройству внешнее напряжение, поле которого совпадает по направлению с внутренним.

Е

Электроны расширяют контактный (запирающий) слой, двигаясь налево, а дырки - направо, и контактный (запирающий) слой увеличивается. Ток не пойдет.

Е сли же направление внешнего напряжения изменить на обратное:

то под действием такого пропускного напряжения электроны будут переходить в контактный слой в одном направлении, дырки в противоположном. Запирающего слоя не будет, по цепи пойдет ток. Т. е. такое устройство является диодом, пропускающим ток только в направлении от p-проводника к n-проводнику.

2. Полупроводниковый триод

Из полупроводников изготавливаются и триоды, называемые транзисторами. Транзистор состоит из трех полупроводниковых пластин. Крайние пластиныЭи К, называемые соответственно эмиттером и коллектором, имеют дырочную проводимость: средняя пластина О, называемая основанием, имеет электронную проводимость (возможен и другой вариант).

Полупроводниковый триод имеет три электрода в двух вариантах:

1. n-p-n 2) p-n-p

На рисунке представлена схема усилителя с транзистором типаp-n-p:

K

Б

О

R

P

n

U a

n

Р

Э

Б

Слабые колебания напряжения в цепи эмиттер – база вызывают сильные колебания напряжения на выходном сопротивлении коллектора, такое устройство есть усилитель, который широко используется вместо лампового триода.

Полупроводниковые диоды и триод имеют малые размеры, не нуждаются в нагревании, имеют большой срок службы.

Принципиальное различие полупроводниковых веществ, в отличии от проводниковых в том, что при повышении температуры проводимость полупроводников увеличивается, а у металлов уменьшается.

XIII. Постоянное магнитное поле

1. Магнитное поле

Магнитное поле – это вид материи (особый вид поля), посредством которой осуществляется взаимодействие движущихся электрических зарядов. Всякий движущийся заряд обладает магнитными свойствами. Неподвижный заряд не действует на магнитную стрелку. Постоянный магнит имеет два полюса: северный (положительный) и южный (отрицательный).

Магнитное поле изображается с помощью силовых линий, это линии касательные к которым в каждой точке дают направление силы, действующее на положительный магнитный полюс.

Силовые линии выходят из северного полюса и входят в южный. Всегда замкнуты.

Магнитное поле прямого тока представляет собой концентрические окружности, перпендикулярные к проводнику. Направление силовых линий определяется по правилу правого винта.

J

Природа магнетизма по гипотезе Ампера: магнитные свойства вещества обусловлены элементарными круговыми точками в атомах и молекулах за счет вращательного движения частиц вокруг собственных осей и вокруг ядер атомов.

Постоянный магнит имеет два полюса: концевые области, притягивающие железные предметы с наибольшей силой, и расположенную между ними нейтральную зону, которая не обнаруживает сил притяжения. Одноименные полюса взаимно отталкиваются, а разноименные – притягиваются. Для количественной характеристики магнитного поля используют величину магнитной индукции В.

Магнитная индукцияВ равна отношению максимальной силы Ампера F, действующей на проводник с током, к силе тока J в проводнике и его длине:

B = F/(Jℓ)

Единица магнитной индукции – тесла (Тл): I Тл = IH/ (А∙м).

Два проводника с током взаимодействуют своими магнитными полями. Вещества, помещенные в магнитное поле, приобретают магнитные свойства, то есть намагничиваются.

Вещества, ослабляющие магнитное поле, называются диамагнетиками. К ним относятся фосфор, сурьма, сера, висмут, золото, ртуть и др. Вещества, усиливающие магнитное поле называются парамагнетиками. К ним относятся кислород, азот, алюминий, платина и др. Вещества, вызывающие очень сильное магнитное увеличение внешнего поля называются ферромагнетиками. К ним относятся железо, никель, кобальт, гадолиний, диспрозий, а так же их сплавы.

Магнитное поле, обусловленное процессами, происходящими в недрах земли, почти постоянно и испытывает лишь медленные колебания. Однако существуют причины, изменяющие ГМП, к которым относятся электрические токи в ионосфере. Особенно сильные изменения ГМП, называемые магнитными бурями, связаны с солнечной активностью, меняющейся циклически.

Многолетние исследования подтвердили существование синхронности между циклами солнечной активности и численностью популяций животных и насекомых, повторяемостью эпидемий и эпизоотий, массовыми миграциями животных вне сезонов, изменения клеточного состава крови животных и человека, рождаемостью, смертностью и даже травматизмом на производстве и числом автомобильных катастроф.

Экранирование от ГМ поля оказывает влияние на жизнедеятельность животных, растений. Так было обнаружено, что в помещениях, экранированных от ГМП железными клетками, изменяется скорость роста некоторых растений и прорастания семян, образуются новые формы микроорганизмов, нарушается пространственная ориентация насекомых.

Отсутствие ГМП влияет и на высших животных, у которых длительное пребывание в условиях экранирования приводит к необратимым изменениям в организме.