- •ЭЛЕКТРОПРОВОДНОСТЬ ПОЛУПРОВОДНИКОВ
- •Примесная проводимость проводников
- •При введении трёхвалентной примеси три её валентных электрона восстанавливают ковалентную связь с атомами
- •Дрейфовый и диффузионный токи в
- •Зонная энергетическая диаграмма
- •ЭЛЕКТРОННО-ДЫРОЧНЫЙ (P-N)
- •На границе раздела возникает внутреннее электрическое поле p-n перехода, которое будет тормозящим для
- •Прямое и обратное включение p-n
- •Свойства p-n перехода
- •При прямом включении:
- •На частотные свойства основное влияние оказывает барьерная ёмкость, т. к. диффузионная ёмкость имеет
- •УСТРОЙСТВО, КЛАССИФИКАЦИЯ И ОСНОВНЫЕ ПАРАМЕТРЫ
- •Условное обозначение диодов подразделяется на два вида:
- •Условные графические обозначения:
- •Конструкция полупроводниковых
- •Точечные диоды
- •Вольтамперная характеристика полупроводникового диода
- •Основные параметры дниковых диодов- Максимально
ЭЛЕКТРОПРОВОДНОСТЬ ПОЛУПРОВОДНИКОВ
Собственная проводимость
Собственным полупроводником,дниковили же полупроводником i-типа называется идеально химически чистый полупроводник с однородной
кристаллической решёткой.
Ge, Si – 4-х валентны
Кристаллическая структура полупроводника на плоскости может быть определена следующим образом.
Если электрон получил энергию, большую ширины запрещённой зоны, он разрывает ковалентную связь и становится свободным. На его месте образуется вакансия, которая имеет положительный заряд, равный по величине заряду электрона и называется дыркой. В полупроводнике i-типа концентрация электронов ni
Рис. 9 |
равна концентрации дырок pi. То |
есть ni=pi. Процесс образования |
|
|
пары зарядов электрон и дырка |
Рис. 9
Свободный электрон может занимать место дырки,
восстанавливая ковалентную связь и при этом излучая избыток энергии. Такой процесс называется рекомбинацией зарядов.
В процессе рекомбинации и генерации зарядов дырка как бы движется в обратную сторону от направления движения электронов, поэтому дырку принято считать подвижным положительным носителем заряда.
Дырки и свободные электроны, образующиеся в результате генерации носителей заряда, называются собственными носителями заряда, а проводимость полупроводника за счёт
собственных носителей заряда называется собственной
Примесная проводимость проводников
Так как у полупроводников i-типа проводимость существенно зависит от внешних условий, в полупроводниковых приборах применяются примесные полупроводники.
|
|
|
Если |
в |
полупроводник |
||
|
ввести пятивалентную примесь, |
||||||
|
то |
4 |
валентных |
электрона |
|||
|
восстанавливают |
ковалентные |
|||||
|
связи |
|
с |
|
атомами |
||
|
полупроводника, |
|
а |
пятый |
|||
|
электрон остаётся свободным. |
||||||
|
|
За счёт этого концентрация |
|||||
|
свободных |
электронов |
будет |
||||
|
превышать |
|
концентрацию |
||||
|
дырок. |
|
|
|
|
|
|
|
|
Примесь, за счёт которой |
|||||
|
ni>pi, |
называется |
донорной |
||||
|
примесью. |
|
|
|
|
||
|
Рис. 10 |
Полупроводник, у которого |
|||||
|
ni>pi, |
|
|
|
называется |
||
В полупроводнике n-типа электроны называются |
основными |
||||||
|
полупроводником |
|
с |
||||
носителями заряда, а дырки – |
неосновными носителями |
||||||
заряда. |
электронным |
|
|
типом |
|||
проводимости, |
|
|
или |
||||
|
|
|
При введении трёхвалентной примеси три её валентных электрона восстанавливают ковалентную связь с атомами полупроводника, а четвёртая ковалентная связь оказывается не восстановленной, т. е. имеет место дырка.
В результате этого концентрация дырок будет больше концентрации электронов.
Примесь, при которой pi>ni, называется акцепторной примесью.
Полупроводник, у которого pi>ni, называется полупроводником с дырочным типом проводимости,
или полупроводником p-типа.
В полупроводнике p-типа дырки называются основными носителями заряда, а электроны – неосновными носителями заряда.
Реальное количество примесей в полупроводнике составляет примерно 1015 1/см3.
Дрейфовый и диффузионный токи в
полупроводниках
Дрейфовый ток в полупроводнике – это ток, возникающий за счёт приложенного электрического поля. При этом электроны движутся навстречу линиям напряжённости поля, а дырки – по направлению линий напряжённости поля.
Диффузионный ток – это ток, возникающий из-за неравномерной концентрации носителей заряда.
n2 > n1, n2 - n1 = Δn |
|
Отношение Δn/Δx |
– это |
|
|
градиент |
неравномерности |
||
|
концентрации примесей. |
|
||
|
|
Величина диффузионного |
||
|
тока |
будет |
определяться |
|
|
градиентом |
неравномерности |
||
|
Δn/Δx и будет составлять |
|
Рис.12 |
где Dp и Dn – коэффициенты |
|
диффузии. |
||
|
Зонная энергетическая диаграмма
У проводников большое количество свободных электронов, у диэлектриков валентные электроны удерживаются ковалентными связями, у полупроводников структура как у диэлектриков, но ковалентные связи значительно слабее.
Достаточно сравнительно небольшого количества энергии, получаемой из внешней среды (температура, освещённость, сильное электрическое поле) чтобы электроны полупроводника разорвали ковалентные связи и стали свободными.
Рис. 6 |
Рис. 7 |
Рис. 8 |
Рис. 6 |
Рис. 7 |
Рис. 8 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Диапазон энергий, в котором лежит энергия электрона, удерживаемого ковалентной связью, называется зоной валентности, или валентной зоной.
Диапазон энергий, в котором лежит энергия электрона, разорвавшего ковалентную связь и ставшего свободным, называется зоной проводимости.
Графическое изображение этих энергетических зон называется зонной энергетической диаграммой.
Для того, чтобы электрон смог разорвать ковалентную связь и стать свободным, он должен получить энергию, большую ширины запрещённой зоны.
ЭЛЕКТРОННО-ДЫРОЧНЫЙ (P-N)
ПЕРЕХОД Образование электронно-дырочного
Ввидуперехон равномернойда концентрации на границе раздела p и n полупроводника возникает диффузионный ток, за счёт которого электроны из n-области переходят в p-область, а на их месте остаются некомпенсированные заряды положительных ионов донорной примеси.
Электроны, приходящие в p-область, рекомбинируют с дырками, и возникают некомпенсированные заряды отрицательных ионов акцепторной микрона.
Рис. 13
На границе раздела возникает внутреннее электрическое поле p-n перехода, которое будет тормозящим для основных носителей заряда и будет их отбрасывать от границы раздела.
Для неосновных носителей заряда поле будет ускоряющим и будет переносить их в область, где они будут основными.
Максимум напряжённости электрического поля – на границе раздела.
Распределение потенциала по ширине полупроводника называется потенциаль-ной диаграммой.
Разность потенциалов на p-n переходе называется контактной разностью потенциалов или потенциальным барьером.
|
Для |
того, |
чтобы основной |
|
носитель заряда смог преодолеть p- |
||
|
n переход, его энергия должна быть |
||
|
достаточной |
для |
преодоления |
Рис. 14 |
потенциального барьера. |
||
|
|
|
Прямое и обратное включение p-n
перехода |
Приложим внешнее |
||
напряжение плюсом к p- |
|||
области. |
|
Внешнее |
|
электрическое |
поле |
||
направлено |
навстречу |
||
внутреннему |
полю |
p-n |
|
перехода, |
что |
приводит |
к |
уменьшению потенциального |
|||
барьера. |
|
|
|
Основные носители зарядов |
|||
легко |
смогут |
преодолеть |
|
потенциальный |
барьер, |
и |
|
поэтому через p-n переход |
|||
будет протекать |
сравнительно |
||
большой |
ток, |
вызванный |
|
основными носителями заряда. |
||
|
Такое |
включение p-n |
|
|
перехода называется |
прямым, |
|
|
и ток через |
p-n |
переход, |
Рис . 15 |
вызванный |
основными |
|
носителями |
заряда, |
также |
|
|
называется прямым током. |
||
|
Считается, что при прямом |
|
Если подключить внешнее |
|||||||
|
напряжение минусом на p- |
|||||||
|
область, а плюсом на n-область, |
|||||||
|
то |
возникает |
|
внешнее |
||||
|
электрическое |
поле, |
линии |
|||||
|
напряжённости |
|
которого |
|||||
|
совпадают с внутренним полем |
|||||||
|
p-n перехода. |
|
|
|
|
|
||
|
В результате это приведёт к |
|||||||
|
увеличению |
|
потенциального |
|||||
|
барьера |
и |
|
ширины |
p-n |
|||
|
перехода. |
|
|
|
|
|
|
|
|
Основные носители заряда |
|||||||
|
не смогут преодолеть p-n |
|||||||
|
переход, и считается, что p-n |
|||||||
|
переход закрыт. |
|
|
|
||||
|
Оба поля – и внутреннее и |
|||||||
|
внешнее |
|
|
- |
являются |
|||
|
ускоряющими |
для |
неосновных |
|||||
|
носителей |
|
заряда, |
поэтому |
||||
|
неосновные |
|
носители |
заряда |
||||
Рис. 16 |
будут |
проходить |
через |
p-n |
||||
переход, |
|
образуя |
очень |
|||||
|
маленький |
|
|
ток, |
|
который |