2 .16 Контакт электронного и дырочного полупроводников(p-n – переход).

При контакте полупроводников двух типов электроны из n–полупроводников переходит в р–полупроводники и там рекомбинируют с дырками. В результате около места контакта образуется зона объединенная основными носителями электричества –запирающий слой. Толщина запирающего слоя δ=10^-7–10^-6 м. Этот слой обладает большим удельным сопротивлением. У места контакта n–полупроводник заряжается положительно, а р–полупроводник отрицательно. Возникает контактная разность потенциалов: Δφ ≈ 0.1 – 0.5 В. Толщиной запирающего слоя можно управлять за счет внешнего источника тока. Если внешний источник подсоединен как на рисунке б), то электроны n–полупроводника и дырки р–полупроводника перемещаются от места контакта. Толщина запирающего слоя увеличивается. Увеличивается и сопротивление этого слоя. Ток через такой n-p–переход практически отсутствует. Незначительный ток I_об связан с перемещением через запирающий слой на основных носителях электричества. Такое соединение внешнего источника называется обратным.

Е сли внешний источник подсоединен как на рисунке в), то электроны и дырки перемещаются к месту контакта. Толщина запирающего слоя уменьшается, что приводит к уменьшению его сопротивления. При таком соединении через n-p–переход проходит значительный ток. Такое соединение называется прямым.

<- зависимость силы прямого и обратного тока от напряжения на n-p–переходе.

С увеличением напряжения при обратном соединении сила обратного тока I_об сначала незначительно увеличивается. При напряжении U_об > U_пр сила обратного тока сильно возрастает. Это явление называется пробоем n-p–перехода. Пробой происходит тогда, когда напряжение на n-p–переходе достаточно для перехода электронов из валентной зоны в зону проводимости.

Т.о. n-p–переход обладает односторонней электропроводимостью(вентильная проводимость). Такое свойство n-p–перехода можно использовать для выпрямления переменного тока. Устройства, предназначенные для этой цели, называются полупроводниковыми диодами.

условное обозначение диода

Вопрос 2.3. Основы классической теории проводимости металлов. Вывод закона Ома.

Ряд экспериментов доказали что в металлах носителями электричества является отрицательно заряженные электроны. Положительно заряженные протоны входят в состав ядра и они не перемещаются по объему металла, электроны внешней оболочки атома – валентные электроны при образовании кристаллической решетки отрываются от своих атомов и становятся общими для всего металла, в узлах кристаллической решетки металла располагаются положительные ионы.

d≈10^-10n – расстояния между соседними узлами. Оторвавшиеся валентные электроны хаотически перемещаются между узлами кристаллической решетки, поэтому их называют свободными электронами, в классической электронной теории проводимости металлов предполагается, что свободные электроны ведут себя как идеальный газ, тепловое движение этих электронов описывается законами молекулярно-кинетической теории газов. Свободные электроны при хаотическом движении сталкиваются между собой и с узлами кристаллической решетки. Среднее расстояние, которое проходит электрон между двумя последовательными столкновениями решетки называется средней длинной свободного пробега. Концентрация свободных электронов в металлах порядка n~10²⁸÷10²⁹ м^-3. При комнатных температурах средняя скорость теплового движения электронов порядка . Среднее время свободного пробега

электрона порядка .При наличии Эл. поля, на электроны действует сила .Под действием этой силы электрон приобретает ускорение и соответственно скорость направленного движения, поэтому электроны начинают направленно перемещаться против напряженности Эл. поля, - в проводнике возникает электрический ток. После столкновения с узлом решетки электрон полностью теряет скорость направленного движения, поэтому максимальная скорость направленного движения будет непосредственно перед столкновением ; Т.к. , средняя скорость направленного движения . Плотность электрического тока . Обозначим: - удельная электропроводимость. Закон Ома.Пусть E=const, ; φ₁-φ₂=U; Сила тока: , обозначим -удельное сопротивление.

- сопротивление проводника. - закон Ома для однородного участка цепи.Для неоднородного участка цепи: , где r- внутреннее сопротивление источника тока.Для замкнутой цепи φ₁-φ₂=0: