4.Полупроводники.
П/пр - вещ-ва, занимающие по величине уд. эл-ой проводимости промежуточное полож м/у металлами и диэлектриками.
Основные признаками п/п явл сильное влияние t, освещения, ионизирующих излуч-й и концентр. приме-сей на их эл-е сопротивление.
В качестве п/п исп-ся Ge,Si, арсинит галля.
Для п/п характерным явл то что сравнивая небольшие энергетические воздействия (нагрев, облучение) приводят к ↑ энергии электронов внешней оболочки атома и их отрыву от атомов. Такие эл-ны обладают возможностью свободно перемещаться по объему п/п и наз-ся электр-ми проводимости при отрыве эл-на от атома в месте ра-зрыва появл “дырка”. Отсутствие эл-на в валентной связи равносильно появл в данном месте + заряда, который и предписываюд дырке. На незаполненную связь приходят валентные эл-ны с соседнеей связи чему способствует тепловое движ-е в п/п поэтому место где отсутствует валентный эл-н хаотично перемеща-ется по кристаллу. Исчезновение дырок в одном месте и их появление в другом учитывают как движение дырок. При приложении U к п/п дыр-ка будет двигаться в направлении противоположном направлению движ-я эл-на и определяется полярностью U что соответ-ет переносу + заряда, т.е. протеканию эл тока. При произв п/п приборов обычно исп-ся примесные п/п у которых часть атомов основного вещ-ва в узлах крист реш-ки замещена атомами др. вешеств. При исп V-валент-х примесей 5 эл-н ее атомов остается свободным от валентной связи и даже при комн t отрыв-ся от атома. Причем отдающие эл-ны называют донорными, а п/п n-типа. В п/п с 3-х валентными примесями эл-в для заключения валентных связей не хватает. Они приходят от сосед-х атомов в рез-те чего обр дырки. Причем примесные валентные эл-ны наз-ют акцепторными ,а п/п р-типа.
При отсутствии эл поля в крист-ле и одинаковой кон
центрации носителей заряда в объеме п/п эл-ны и ды
рки нах-ся в непрерывном тепл-ом хаотичном движ и ток в п/п =0. При прилож к п/п эл поля или при неравномерном распр концентр носителей заряда в объеме п/п , возникает эл ток. Направленное движ-е носителей заряда по действием эл поля наз-ся дрейфом ,а в рез-те возникнов-я градиента концентр носителей заряда- диффузией.
5.ЭДП.ВАХ ЭДП.
Рассмотр монокрист п/п с резкой границей м/у р и n областями. Предположим что в эл и дырочн областях концентр осн носителей заряда одинаковы по всему объему и равны соотв-но nn и рр. Основными носителями в п/п n-типа явл-ся эл-ны ,а не осн дырки, в п/п р-типа наоборот. Обозначим концентр не осн носителей nр и рn.При изготовл п/п приборов примеси вводят в таком кол-ве чтобы основ-х носителей было на 2-3 порядка больше неосновных (рр>>np;nn>>pn)
Граница p и n областей наз-ся эл-нно дырочным пе-реходом(ЭДП). Т.к. конц-я осн носителей намного выше концентр неосн, то на ЭДП созд-ся градиент конценр эл-нов и дырок. В рез-те возникает диффуз-ионный ток I (дифф-я е в р-область и дырок в n-обл-асть).
В равновесном сост-ии ,т.е. при отсутствии внешн ист эл поля появл-е дифф тока нарушается нейтральность областей п/п.
На границе n-области образуется неподвиж “+”заряд ионизир дон ров за счет ухода е из n-обл , а на границе р-обл “-“ заряд ионизированных акцепторов. В рез-те в переходн слое обр-ся эл поле Е, создающ дрейф-ый ток Iдр обр направ-я.
При отсутствии внешн поля м/у двумя обл-ми п/п устанавл-ся такая разность потенц-ов, при которой ссаммарн ток ч/з переход =0. Эта разн потенц наз-ся константн разн-ю потенц-ов φк=φ+ln(pp/pn)= =φтln(nn/np);гдеφт=кТ/q-тепловой потенц,к=1,37*10-23
Дж/К-пост Больцмана, Т-абс темп-ра,q=1,602*10-19 –заряд е. Толщина слоя объемного заряда каждой обл зависит от концентр носителей в обеих обл-х.Объе-мный заряд обуслав-ет ↓ концентр носителей в этом слое и => ↓ его проводимости. Если к п/п с p-n-перех
приложить U,то его большая часть прикл-ся к ЭДП. При этом,ч/з перех протекает ток, вел-на которого зависит от вел-ны и поляр-ти U. U прилож “+” к р-обл, а “-” к n-обл и создающ на ЭДП поле обр напр-я по отн к соnst разн-ти потенц наз-ся прямым напряж.
Ток протек-й при этом ч/з ЭДП наз-ся прямым .При противополож полярн-ти U оно наз-ся обратным =>ток -обратным током. При подкл прямU к ЭДП U на нем ↓ и стан-ся = φ. φ= φк-U,где U-прилож напр-е.
↓ U на ЭДП приводит к увел велич-ны дифф тока, а дрейф-ый ток ост-ся const.Ток ч/з ЭДП перестает =0 ,т.е ч/з ЭДП протекает ток, образ осн носителями. Этот ток наз-ся прямым током и завис от U.
Iпр=Iнас(еqU/(kT)-1)=Iнас(еU/φ -1), где Iнас-ток насыщения, опр св-ми п/п и конц носит-ей в нем. Записанное ур-е явл-ся уравн-ем прямой ве-тви ВАХ ЭДП: φ=φк+U.
Область объемн заряда расшир-ся поэтому дифф ток ↓, а дрейф-ый ост const. Направл тока изм и ч/з ЭДП будет протекать обр ток. Iобр=Iнас(е-qU/(kT)-1)=Iнас(е-U/φ-1). Т.к. φт≈0,025 В, то при U> нескольких десятых долей В обр ток достигает знач-я Iнас и остается const. Идеальная ВАХ ЭДП:
