5. P-n-перехід в електричному полі. Напівпровідниковий діод.

Тепер з’ясуємо , як проходить електричний струм через цей перехід. На схемі 3 зображено два випадки. При відсутності зовнішньої напруги всі потоки рухомих носіїв врівноважені і струм буде рівний нулю. Ввімкнемо кристал у коло так , щоб зовнішнє поле було направлене протилежно полю переходу. Поле в переході буде ослаблено і дифузійні потоки основних носіїв будуть прямувати через перехід . Зустрічні потоки неосновних носіїв майже не зміняться. В результаті через перехід потече великий струм. У цьому випадку струм та напруга називаються прямими. (Схема4)

Сила струму при збільшенні напруги зростає дуже швидко – схема 5

Подамо тепер на кристал напругу зворотної полярності. В цьому випадку зовнішня напруга співпадає по знаку з різницею потенціалів. Зовнішнє поле підсилює поле переходу , а тому дифузійні потоки основних носіїв через перехід значно зменшуються. Тепер ці потоки створюють слабкий струм. Прикладена напруга та струм у цьому випадку називають зворотніми.

Виходить , що при прямій напрузі струм через перехід в тисячі , а той у мільйони разів більший , ніж при зворотньому. Тобто перехід пропускає струм лише в одному напрямі. Він діє подібно до клапану. Якщо увімкнути кристал з переходом у коло зі змінним струмом та навантаженням ,то струм при цьому буде майже постійним за напрямом. Тому такий кристал з переходом називають напівпровідниковим випрямлячем чи напівпровідниковим діодом. Діод пропускає струм лише в одному напрямі. Він має дуже високий ККД (до 95-98%) та довгий строк служби. До недоліків діода належить погіршення йог о роботи при підвищеній температурі. Причина цього була описана вище. Зворотній струм в напівпровідниках швидко зростає зі збільшенням температури : кремнієвий діод перестає випрямляти струм при температурі близько 200’С , а гранична температура для германієвих діодів ще нижча. Діод не можна вмикати в коло без навантаження , бо зовнішня напруга стане більшою за різницю потенціалів і перехід майже зникне і через це по діоду потече дуже великий струм та діод вийде з ладу.

Висновки

Напівпровідники є особливими речовинами. Їхні властивості справді є унікальними. Їх питомий опір є проміжним між значеннями опору провідників та діелектриків. До напівпровідників належать деякі елементи 3 та 5 групи періодичної системи хімічних елементів Менделєєва та їх сполуки. Властивості напівпровідників сильно залежать від умов навколишнього середовища. Їх опір та провідність залежить від чистоти , температури , випромінювання , впливу електричного поля.

За низьких температур , за відсутності випромінювання та впливу електричного поля нагадують діелектрики. За високих температур , випромінювання чи впливу електричного поля нагадують провідники. Навіть невеликі порції домішок у напівпровіднику (менше 1%) здатні значно впливати на провідність напівпровідника. Це дозволяє легко змінювати опір та провідність напівпровідників.

Але з ця чутливість є і недоліком напівпровідників. Напівпровідник зберігає свої властивості у відносно невеликому інтервалі температур. Наприклад, при 200’С кремнієвий напівпровідниковий діод вже не здатен випрямляти струм. Для інших елементів ці температури ще менші. За не сильно низьких температур напівпровідники не здатні проводити струм. Позитивним також можна вважати посилення властивостей напівпровідників з підвищенням температури.

Саме через це напівпровідники широко застосовують у сучасних технічних приладах. Для не допущення погіршення чи зникнення потрібних властивостей слід оберігати напівпровідники та прилади з них від небажаних впливів навколишнього середовища. Вивчення та застосування напівпровідників дає великі можливості у подальшому вивченні та розвитку техніки та фізики в цілому. Вивчення і застосування напівпровідників дає нам великі можливості у досягненні певних цілей , а тому за напівпровідниками наше найближче майбутнє.