Электроника Полупроводниковые приборы

1. p-n переход и его свойства

Действие полупроводниковых приборов основано на использовании свойств полупроводников. Они занимают промежуточное место между проводниками и диэлектриками. Относятся к элементам IV группы периодической системы элементов Д.И. Менделеева, которые во внешней оболочке имеет четыре валентных электрона (германий, кремний).

Для снижения высокого удельного сопротивления чистых полупроводников в них вводят примеси – легируют. В качестве легирующих примесей применяют элементы III и V группы периодической системы элементов Д.И. Менделеева.

Элементы III группы имеют три валентных электрона, поэтому при образовании валентных связей одна оказывается только с одним электроном. Такие полупроводники обладаю дырочной электропроводностью их называют полупроводниками р – типа, а примесь – акцепторная.

Элементы V группы имеют пять валентных электронов, поэтому при образовании валентных связей один электрон оказывается лишним . Такие полупроводники обладают электронной электропроводностью, так| как в них основными носителями заряда являются электроны. Они называются полупроводниками п-типа, а примесь, благодаря которой в полупроводнике оказался избыток электронов, называется донорной.

При соприкосновении полупроводников в пограничном слое происходит рекомбинация (воссоединение) электронов и дырок. Сводные электроны из зоны полупроводника n-типа занимают свободные уровни в валентной зоне joHe полупроводника р-типа. В результате вблизи границы двух полупроводников образуется слой, лишенный подвижных носителей заряда и поэтому обладающий высоким удельным сопротивлением,- так называемый запирающий слой.

Если к p-n-переходу приложить внешнее напряжение U_обр которое создает в запирающем слое электрическое поле напряженностью Е_вн совпадающее по направлению с полем неподвижных ионов напряженностью Е_зап ., то это приведет к расширению запирающего слоя, так как носители заряда уйдут от контактной зоны. При этом сопротивление p-n-перехода велико, ток через него мал, так как обусловлен I_обр, а p-n-переход – закрытым.

Противоположной полярности источника напряжения внешнее поле направлено навстречу полю двойного электрического слоя, толщина запирающего слоя уменьшается. Сопротивление p-n-перехода резко снижается и возникает сравнительно большой ток. В этом случае ток называют прямым I_пр, а p-n-переход – открытым.

В p-n-переходах могут возникать пробои – лавинный, электрический, тепловой и туннельный.

Для электрического пробоя характерна обратимость, заключающая в том, что первоначальные свойства p-n-перехода восстанавливаются, если снизить напряжение на

p-n-переходе. Благодаря этому электрический пробой используют в качестве рабочего режима в полупроводниках.

2. Полупроводниковый диод

Полупроводниковым диодом называют двухэлектродный полупроводниковый прибор, содержащий один электронно-дырочный р-п переход.

По конструктивному исполнению полупроводниковые диоды разделяются на плоскостные и точечные.

Плоскостные диоды представляют собой p-n-переход с двумя металлическими контактами, присоединенными к p и n -областям. В точечном диоде вместо плоской используется конструкция, состоящая из пластины полупроводника и металлического проводника в виде острия. При сплавлении острия; с пластиной образуется микропереход. По сравнению с плоскостным диодом падение напряжения на точечном в прямом направлении очень мало, ток в обратном направлении значительно меняется в зависимости от напряжения. Точечные диоды обладают малой межэлектродной емкостью.

Выпрямительный полупроводниковый диод используется для выпрямления переменного тока

Основным свойством выпрямительного диода является большое различие сопротивлений в прямом и обратном направлениях, что обуславливает вентильные свойства выпрямительного диода, т.е. способность пропускать ток преимущественно в одном (прямом) направлении. Электрические параметры выпрямительного диода прямое напряжение U_np которое нормируется при определенном прямом токе 1_пр; максимально допустимый прямой ток I_{пр тах}; максимально допустимое обратное напряжение U_{обр max} ; обратный ток I_обр , который нормируется при определенном обратном напряжении U_обр ; межэлектродная емкость, сопротивление постоянному и переменному току.