1. Полупроводники - вещества, по удельной электрической про­водимости занимающие промежуточное положение между металлами и диэлектриками.

Основная особенность полупроводников - возрастание удельной электрической проводимости при повышении температуры (для металлов она падает).

2.Собственная электропроводность. Электропроводность собственного полупровод­ника, возникающая за счет нарушения ковалентных связей, называется собственной электропроводностью.

Свободное место - дырку - может заполнить валентный электрон соседнего атома, на месте которого в ковалентной связи образует­ся новая дырка, и т.д. Таким образом, одновременно с перемещением валентных электронов будут перемещаться и дырки.

Процесс образования пары "электрон проводимости - дырка проводимости" называется генерацией пары носителей заряда.

Процесс воссоединения электрона и дырки называется рекомбинацией.

3.Примесная электропроводность.

Примесная электропроводность может быть электрон­ной или дырочной.

В полупроводнике электропроводность обусловлена в основном электронами, ее называют электронной, а полупроводники - полупроводниками n-типа. Электроны в полупровод­никах n-типа являются основными носителями заряда, а дырки - неосновными.

В полупроводнике электропроводность обуслов­лена в основном дырками, ее называют дырочной. а полупроводники - полупроводниками р-типа. Дырки для полупроводника р-типа - ос­новные носители заряда, а электроны - неосновные.

4.Электронно-дырочный переход.

Область внутри монокристалла полупроводника на границе раз­дела его двух сред с разным типом примесной электропроводности называют электронно-дырочным переходом или p-n-переходом.

При соприкосновении областей р- и n-типов происходит диффузия дырок в область n-типа и электронов - в область р-типа.

Как только дырка покинет область р-типа, в этой области вблизи границы раздела образуется нескомпенсированный отрица­тельный заряд иона акцепторной примеси, а с уходом электрона из области n-типа в ней образуется нескомпенсированный положитель­ный заряд иона донорной примеси. В результате вблизи границы раздела областей создается двойной объемный слой пространствен­ных зарядов, который называют p-n-переходом. Этот слой обеднен основными (подвижными) носителями заряда в обеих частях, поэтому его удельное сопротивление велико по сравнению с областями р-и n-типов. Часто этот слой называют запирающим.

Объемные заряды на границе раздела создают электрическое поле р-n-перехода. Это поле направлено от области n-типа к об­ласти р-типа. Оно является тормозящим для основных носителей и препятствует их дальнейшему диффузионному перемещению через р-n-переход. В р-n-переходе возникает потенциальный барьер, равный контактной разности потенциалов, которую называют высотой потенциального барьера.

5.Прямое включение р-n-перехода.

Если источник напряжения под­ключить знаком плюс к области р-типа, а знаком минус к области n-типа, то получим включение, которое называют прямым. Противоположное включение называют обратным.

В результате действия внешнего поля в прямом направлении в области р-n-пере­хода происходит перераспределение концентрации носителей заряда. Дырки р-области и электроны n-области диффундируют в глубь р-n-перехода и рекомбинируют там. Ширина перехода при этом уменьша­ется, вследствие чего снижается сопротивление запирающего слоя.

6.Обратное включение р-n-перехода.

Потенциальный барьер р-n-перехода повышается на величину обратного напряжения источника. Это, в свою очередь, приводит к уменьшению числа основ­ных носителей заряда, способных преодолеть потенциальный барьер, т.е. к снижению диффузионного тока. Ток при обратном включении р-n-перехода называют обратным током.

Таким образом, обратный ток р-n-перехода существенно меньше прямого (обычно на несколько порядков). Это определяет вентильные свойства р-n-перехода, т.е. способность проводить ток только в одном направлении.

7.Вольт-амперная характеристика р-n-перехода.

Зависимость тока через р-n-переход от приложенного к нему напряжения называют вольт-амперной характеристикой р-n-перехода.

I=I₀(e^±qU/(kT)-1)

U - напряжение внешнего источника;

k - постоянная Больцмана;

Т - абсолютная температура;

I₀- тепловой ток;

q - заряд электрона.

Если р-n-переход включен в прямом направлении напряжение берут со знаком плюс, если в обратном - со знаком минус.

При повышении температуры прямой ток через р-n-переход незначительно увеличивается. На обратный ток повышение темпера­туры влияет существенно, поскольку он зависит от концентрации неосновных носителей заряда, которая при повышении температуры экспоненциально возрастает.

8.Пробой р-n-перехода.

Резкое возрастание обратного тока, наступающее даже при незначительном увеличении обратного напряжения сверх определенного значения, называют пробоем перехода. Природа пробоя может быть различной: он может быть электрическим, при котором р-n-переход не разрушается и сохраняет работоспособность, и тепловым, при котором разрушается кристаллическая структура полупроводника.

В по­лупроводниках с узким р-n-переходом возникает туннельный пробой, связанный с туннельным эффектом, когда под воздействием очень сильного поля носители заряда могут переходить из одной области в другую без затраты энергии ("туннелировать" через р-n-переход).

В полупроводниках с широким р-n-переходом может произойти лавинный пробой. Его механизм состоит в том, что в сильном электрическом поле может возникнуть ударная ионизация атомов р-n-перехода: носители заряда на длине свободного пробега приобретают кинети­ческую энергию, достаточную для того, чтобы при столкновении с атомом кристаллической решетки полупроводника выбить из ковалентных связей электроны. Образовавшаяся при этом пара свобод­ных носителей заряда "электрон - дырка" тоже примет участие в ударной ионизации. Процесс нарастает лавинообразно и приводит к значительному возрастанию обратного тока. Пробивное напряжение лавинного пробоя составляет десятки и сотни вольт.

Тепловой пробой возникает тогда, когда мощность, выделяемая в р-n-переходе при прохождении через него обратного тока, пре­вышает мощность, которую способен рассеять р-n-переход. Проис­ходит значительный перегрев перехода, и обратный ток, который является тепловым, резко возрастает, а перегрев увеличивается. Это приводит к лавинообразному увеличению тока, в результате чего и возникает тепловой пробой р-n-перехода.