6) Примесные полупроводники, уровень Ферми.

!!!Примесными полупроводниками принято называть полупроводники, электропроводность которых обусловлена носителями заряда, образующимися при ионизации атомов. Если в кремний ввести атом пятивалентного элемента (например, фосфора), то четыре из пяти валентных электронов этого элемента вступят в связь с четырьмя соседними атомами кремния (подобно атомам собственного полупроводника). Пятый е электрон будет в данном случае избыточным. Он оказывается очень слабо связанным со своим атомом, поэтому оторвать его от атома и превратить в свободный носитель заряда можно даже оторвать его от атома и превратить в свободный носитель заряда можно даже при воздействии малой тепловой энергии.

!!!Уровень Ферми или электрохимический потенциал - это энергетический уровень, вероятность нахождения на котором для электрона равна 0.5 при любой температуре вещества. Численно уровень Ферми равен максимальной энергии электронов при температуре абсолютного нуля T = OK

7) p – n переход. Энергетическая модель.

Построение энергетической модели р-n – переходов для случая термодинамического равновесия состоит из следующих этапов.

1 ) проводим горизонтальную пунктирную линию – уровень Ферми.

2) Вертикальными линиями отделяем полупроводники различного типа проводимости.

3) В зоне р – полупроводника рисуем его зонную диаграмму, учитывая, что уровень Ферми проходит посередине между акцепторным уровнем и потолком валентной зоны.

4) Аналогично для n – полупроводника, уровень Ферми проходит посередине между донорным уровнем и дном зоны проводимости.

5) Соединяем дно зоны проводимости в р – полупроводнике с дном зоны проводимости в  n – полупроводнике. То же самое проделываем для валентной зоны.

Электроны из n – полупроводника не могут переходить в р – полупроводник, так как на их пути расположен потенциальный барьер Е_пт и чтобы его преодолеть нужно совершить работу. Следовательно существует электрическое поле между p и n полупроводниками, направленное от n – полупроводника к р – полупроводнику.

8) Энергетическая модель фотодиода, светодиода.

!!!Фотодиод- полупроводниковый прибор p – n типа, принцип действия которого основан на внутреннем фотоэффекте. При освещении в p – n переходе возникает фотоэлектрический эффект и в результате неравновесной концентрации носителей зарядов в p– и n–областях появляются электроны и дырки. Электроны и дырки пары движутся к p – n переходу, где разделя­ются и под действием контактной разности потенциалов не основные носители зарядов проходят через переход, образуя фототок.

!!!Светодиоды — полупроводниковые приборы, преобразующие электрические сигналы в световые. Основными характеристиками светодиодов являются его яркостная характеристика, прямой ток, прямое и об­ратное напряжение.

9) Энергетическая модель биполярного транзистора.

Принцип работы биполярного транзистора.

Когда Iэ = 0, небольшой ток в транзисторе через коллекторный переход Iко обусловлен движением не основных носителей заряда (дырок из коллектора в базу, электронов из базы в коллектор). При подключении эмиттера к отрицательному зажиму источника питания возникает эмиттерный ток Iэ. Так как Uбэ прямое напряжение, то электроны преодолевают барьер и попадают в область базы.

База выполнена из р-полупроводника, поэтому электроны для неё являются не основными носителями заряда. Они частично рекомбинируют с дырками базы и возникает ток рекомбинации. Базу как правило выполняют из р-полупроводника с меньшей концентрацией примесей и очень тонкой. Поэтому концентрация дырок в базе очень малая и лишь немногие электроны рекомбинируют образуя базовый ток Iб. Большинство же электронов вследствие теплового движения и под действием поля коллектора образуют соответствующую коллекторного тока Iк. Связь между приращением эмиттерного и коллекторного тока характеризуется коэффициентом передачи тока: при Uкб=const ≈ при Uкб=const.

В рассмотренной схеме базовый электрод является общим для эмиттерной и коллекторной цепей. Такую схему включения транзистора называют схемой с общей базой, при этом эмиттерная цепь является входной, а коллекторная выходной. Эту схему применяют очень редко.

10) p – n переход. Физическая модель.

Физическая модель р-n перехода.

Полупроводниковым диодом называют прибор, который имеет 2 вывода и содержит один (или несколько) p-n-переходов.

!!!Физическая модель p-n перехода

Так как в p – n полупроводнике избыток дырок, а в n – полупроводнике избыток электронов, то за счет диффузии, дырки начнут перемещаться в n - полупроводник, а электроны в противоположном направлении. Дырка попадая в n - полупроводник рекомбинирует. Электроны и дырки диффузируют из пограничного слоя контакта, оставляя в р-n полупроводнике слой отрицательно заряженных ионов атомов примеси, а в n-полупроводнике слой положительно заряженных атомов примеси, возникает внутреннее эл. поле, препятствующее продолжению диффузии.

1. На границе раздела двух сред  p-n полупроводников возникает двойной электронный слой с внутренним электрическим полем, препятствующим переходу дырок и электронов.

2. Область двойного электронного слоя принято называть запорным слоем или p-n переходом, его сопротивление стремится к бесконечности.

11) p – n переход в прямом и обратном включениях. ВАХ

Прямое включение р-n перехода

Учитывая принцип суперпозиции получаем Е = Е внеш – Е вн

Т.е суммарное поле уменьшается соответственно уменьшается и энергия, которая должна быть сообщена высоте потенциального барьера.

Можно утверждать, что дырки начинают переходить из p->n, а электроны из n->p, т.е в токе при прямом включении могут принимать участия, как основных, так и неосновных зарядов.

Обратное включение р-n перехода

!!!Вольт-амперная характеристика (ВАХ) полупроводникового диода

У часток I: рабочий участок

Участок II: Если приложить к диоду напряжение – диод закрыт, но все равно через него будет протекать малый обратный ток, обусловленный движением не основных носителей.

Участок III: Участок электрического пробоя.

Участок IV: Участок теплового пробоя.

U_{эл.проб} – напряжение эл. пробоя.

U_нас. – напряжение насыщения.

I_a и U_a – анодный ток и напряжение.