Дырочный полупроводник

Электронный полупроводник

Электронным полупроводником или полупроводником типа n (от латинского negative - отрицательный) называется полупроводник, в кристаллической решетке которого помимо основных (четырехвалент-ных) атомов содержатся примесные пятивалентные атомы, называемые донорами. В такой кристаллической решетке четыре валентных электрона примесного атома заняты в ковалентных связях, а пятый (“лишний”) электрон не может вступить в нормальную ковалентную связь и легко отделяется от примесного атома, становясь свободным носителем заряда. При этом примесный атом превращается в положительный ион. При комнатной температуре практически все примесные атомы оказываются ионизированными. Наряду с ионизацией примесных атомов в электронном полупроводнике происходит тепловая генерация, в результате которой образуются свободные электроны и дырки, однако концентрация возникающих в результате генерации электронов и дырок значительно меньше концентрации свободных электронов, образующихся при ионизации примесных атомов, т.к. энергия, необходимая для разрыва ковалентных связей, существенно больше энергии, затрачиваемой на ионизацию примесных атомов.Концентрация электронов в электронном полупроводнике обозначается nn, а концентрация дырок - pn. Электроны в этом случае являются основными носителями заряда, а дырки - неосновными.

Дырочный полупроводник

Дырочным полупроводником или полупроводником типа p (от латинского positive - положительный) называется полупроводник, в кристаллической решетке которого (рис. 1.4) содержатся примесные трехвалентные атомы, называемые акцепторами. В такой кристаллической решетке одна из ковалентных связей остается незаполненной. Свободную связь примесного атома может заполнить электрон, покинувший одну из соседних связей. При этом примесный атом превращается в отрицательный ион, а на том месте, откуда ушел электрон, возникает дырка.

В дырочном полупроводнике, также как и в электронном, происходит тепловая генерация носителей заряда, но их концентрация во много раз меньше концентрации дырок, образующихся в результате ионизации акцепторов. Концентрация дырок в дырочном полупроводнике обозначается pp, они являются основными носителями заряда, а концентрация электронов обозначается np, они являются неосновными носителями заряда.

3.p-n - ПЕРЕХОД (электронно-дырочный переход) - слой с пониженной электропроводностью, образующийся на границе полупроводниковых областей с электронной (n -область) и дырочной (р -область) проводимостью.

Рис. 1. Схематическое изображение р - n -перехода; чёрные кружки - электроны, светлые - дырки.

Свойства р-п-перехода 1. Образуется запирающий слой, образованный зарядами ионов примеси: d=10-7 м, Dj = 0.4—0,8 В.
2. Направление внешнего поля (источника) совпадает с направлением контактного поля. Тока основных носителей заряда нет. Существует слабый токнеосновных носителей заряда. Такое включение называется обратным.
3. Прямое включение. Существует ток основных носителей заряда. p-n-переход пропускает электрический ток только в одном направлении (свойство односторонней проводимости).

4. Вольт-амперная характеристика идеального р—п- перехода

Зависимость тока через электронно-дырочный переход от приложенного к нему напряжения называют вольт-амперной ха­рактеристикой (ВАХ) перехода, график которой представлен на рис. 5.5.

Из графика следует, что при положительном смещении, когда ток через переход экспоненциально растет с ростом напряже­ния, переход обладает высокой проводимостью. При отрица­тельном смещении, когда обратный ток быстро достигает значе­ния тока насыщения, переход обладает очень низкой проводи­мостью. При напряжении внешнего источника, равном нулю, ток, протекающий через переход, также равен нулю. Вследствие резко выраженной нелинейности ВАХ р-n -переходы широко используют в качестве ключевых элементов в вентилях различ­ного типа, т. е. в полупроводниковых приборах, имеющих прак­тически два состояния — проводящее (вентиль открыт) и непро­водящее (вентиль закрыт).

Рис. 5.5. Вольт-амперная характеристика идеального р—п- перехода

Таким образом, изучены физические основы работы полупроводниковых приборов, позволяющие в дальнейшем осознанно изучать устройство и принцип работы конкретных электронных приборов.

6.. Вольт-амперные характеристики германиевого и кремниевого диодов.
Полупроводниковым диодом называют электронное устройство с одним электрическим переходом и двумя выводами. Полупроводниковый диод использует свойство электронно-дырочного p-n перехода пропускать ток в одном направлении.

К р- и n-областям подключаются (привариваются или припаиваются) металлические выводы. Диод заключается в керамический, металлокерамический, пластмассовый, стеклянный или металлический корпус.

Область кристалла, имеющая наибольшую концентрацию примесей, называется эмиттером. Область с меньшей концентрацией называют базой.

ВАХ кремниевого диода ВАХ германиевого диода

7. К основным параметрам диодов относят:

• максимально допустимый постоянный прямой ток, А;
• максимально допустимый импульсный прямой ток, А;
• максимально допустимое постоянное обратное напряжение, В;
• максимально допустимое импульсное обратное напряжение, В;
• обратный ток, протекающий через диод в обратном включении при приложенном к его выводам максимально допустимом постоянном напряжении, мкА;
• статическое сопротивление диода в прямом включении, равное отношению падения напряжения на диоде в прямом включении к силе прямого тока, Ом;
• статическое сопротивление диода в обратном включении, равное отношению величины обратного напряжения к силе обратного тока, МОм;
• динамическое сопротивление диода в прямом включении, составляющее отношение изменения падающего не диоде постоянного напряжения в прямом включении к величине изменения силы прямого тока, Ом;
• динамическое сопротивление диода в обратном включении, равное отношению изменения обратного напряжения к изменению величины обратного тока, Ом;
• полная ёмкость запертого диода, пФ;
• максимально допустимая частота протекающего по диоду переменного тока, Гц, и др.

8. Влияние температуры окружающей среды на ВАХ полупроводникового диода иллюстрирует рисунок 13. При возрастании температуры увеличиваются прямой и обратный токи

Рисунок 13

Основными параметрами полупроводникового диода, учитывающими влияние температуры являются:

Температурный коэффициент напряжения aᵣ

и температура t*, соответствующая изменению обратного тока в “е’’ раз: