Тема 42. Напівпровідникові діоди та транзистори.
Напівпровідникові діоди та транзистори (2 год)
Мета: Вивчити технологію
створення та режими роботи діодів та
тріодів.
План
Напівпровідниковий
діод.
Напівпровідниковий
тріод.
Тунельні діоди.
Література: [1], [3], [5], [7], [16]
– основна; [2], [6], [7] – додаткова.
л
Коливань решітки, згідно квантової механіки, можна зіставити квазічастинки - фонони. Кожному коливан Напівпровідниковий діод
Напівпровідниковий діод складається з двох типів напівпровідників - діркового і електронного. У процесі контакту між цими областями з області з напівпровідником n-типу в область з напівпровідником p-типу проходять електрони, які потім рекомбінують з дірками. Внаслідок цього виникає електричне поле між двома областями, що встановлює межу поділу напівпровідників - так званий pn перехід. В результаті в області з напівпровідником p-типу виникає некомпенсований заряд з негативних іонів, а в області з напівпровідником n-типу виникає некомпенсований заряд з позитивних іонів. Різниця між потенціалами досягає 0,3-0,6 В.
Зв'язок між різницею потенціалів і концентрацією домішок виражається наступною формулою:
де V T - Термодинамічна напруга, N n - Концентрація електронів, N p - Концентрація дірок, n i - Власна концентрація [2].
У процесі подачі напруги плюсом на p-напівпровідник і мінусом на n-напівпровідник зовнішнє електричне поле буде направлено проти внутрішнього електричного поля pn переходу і при достатньому напруженні електрони подолають pn перехід, і в ланцюзі діода з'явиться електричний струм (пряма провідність). При подачі напруги мінусом на область з напівпровідником p-типу і плюсом на область з напівпровідником n-типу між двома областями виникає область, яка не має вільних носіїв електричного струму (зворотна провідність). Зворотний струм напівпровідникового діода не дорівнює нулю, оскільки в обох областях завжди є неосновні носії заряду. Для цих носіїв pn перехід буде відкритий.
Таким чином, pn перехід проявляє властивості односторонньої провідності, що обумовлюється подачею напруги з різною полярністю. Це властивість використовують для випрямлення змінного струму.
4.2. Транзистор
Транзистор - напівпровідниковий пристрій, що складається з двох областей з напівпровідниками p-або n-типу, між якими знаходиться область з напівпровідником n-або p-типу. Таким чином, в транзисторі є дві області pn переходу. Область кристала між двома переходами називають базою, а зовнішні області називають емітером і колектором. Самою вживаною схемою включення транзистора є схема включення з загальним емітером, при якій через базу і емітер струм поширюється на колектор. Біполярний транзистор використовують для посилення електричного струму.
5. Типи напівпровідників в періодичній системі елементів
У нижченаведеної таблиці представлена інформація про велику кількість напівпровідникових елементів і їх сполук, розділених на декілька типів:
одноелементні напівпровідники IV групи періодичної системи елементів,
складні: двоелементний A III B V і A II B VI з третьої та п'ятої групи і з другої та шостої групи елементів відповідно.
Всі типи напівпровідників володіють цікавою залежністю ширини забороненої зони від періоду, а саме - зі збільшенням періоду ширина забороненої зони зменшується.
Група |
IIB |
IIIA |
IVA |
VA |
VIA |
|
|
||||||||||||||
Період |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
2 |
|
5 B |
6 C |
7 N |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
3 |
|
13 Al |
14 Si |
15 P |
16 S |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
4 |
30 Zn |
31 Ga |
32 Ge |
33 As |
34 Se |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
5 |
48 Cd |
49 In |
50 Sn |
51 Sb |
52 Te |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
6 |
80 Hg |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|