Физика для углубленного изучения 3. Строение и свойства вещества - Бутиков Е.И.
Скачать (прямая ссылка):
Вольт-амперная характеристика р-и-перехода. Это динамическое равновесие нарушается при включении р—л-перехода во внешнюю электрическую цепь, причем результаты оказываются совершенно различными в зависимости от полярности приложенного к переходу напряжения (рис. 1196, в). Если полярность напряжения
Низкое
сопротивление
Р _
Высокое
сопротивление
308
VII. ЭЛЕКТРОННЫЕ СВОЙСТВА ТВЕРДЫХ ТЕЛ
такая, как показано на рис. 1196, то электрический ток через р—п-переход обусловлен движением основных носителей каждой области: вклад в ток дают электроны, пересекающие переход справа налево, и дырки, пересекающие его слева направо. При такой полярности приложенного напряжения потенциальный барьер в переходе понижается. Чем больше приложенное напряжение, тем значительнее понижение барьера, и электронам и дыркам легче диффундировать через переход. Поэтому в отличие от однородного образца, где справедлив закон Ома, здесь зависимость тока от напряжения имеет ярко выраженный нелинейный характер.
Если приложенное напряжение имеет противоположную полярность, как показано на рис. 119в, электрический ток через р—п-переход обусловлен движением неосновных носителей каждой области: вклад в этот ток дают электроны, пересекающие переход слева направо, и дырки, пересекающие его справа налево. Теперь потенциальный барьер в переходе увеличивается с ростом приложенного напряжения. Однако для неосновных носителей это не барьер, а крутой спуск. Поэтому при такой полярности ток через переход, хотя и существенно меньше тока при «прямом» приложенном напряжении, но все же он растет при увеличении такого «обратного» напряжения. Схематически вид вольт-амперной характеристики р-п-перехода показан на рис. 120.
Экспоненциальный характер роста силы тока при прямом напряжении связан с тем, что преодоление основными носителями потенциального барьера обусловлено их тепловым движением: барьер могут преодолеть только достаточно «быстрые» носители. Число носителей с энергией, превышающей высоту барьера, при максвелловском распределении экспоненциально зависит от отношения высоты барьера к характерной тепловой энергии к,Т. Такая экспоненциальная вольт-амперная характеристика типична для идеального р—л-перехода с плоской границей между р- и п-областями.
При увеличении обратного приложенного напряжения рост силы тока с напряжением быстро замедляется и он достигает насыщения, причем значение силы тока насыщения относительно невелико (по сравнению с силой тока при прямом напряжении). Малое значение силы тока насыщения обусловлено тем, что число неосновных носителей, осуществляющих перенос заряда при обратном напряжении, невелико и уже при сравнительно небольшом напряжении все они пересекают область р—л-перехода. При больших значениях обратного напряжения наступает пробой, т. е. лавинное нарастание тока, приводящее к разрушению р-п-перехода.
Рис. 120. Вольт-амперная характеристика р—«-перехода
§ 37. ПОЛУПРОВОДНИКОВЫЕ ПРИБОРЫ
309
Нелинейный, асимметричный характер зависимости силы тока через р—/i-переход от приложенного напряжения позволяет использовать такой полупроводниковый диод для выпрямления переменного тока, детектирования (демодуляции) и других преобразований электрических сигналов.
Транзистор. Добавляя в монокристалл еще один р-п-переход или несколько таких переходов, можно получить транзисторы, четырехслойные диоды и другие приборы, позволяющие с помощью слабых сигналов управлять протеканием электрического тока.
Транзистор — это трехэлектродный прибор, аналогичный вакуумной электронной лампе — триоду. Он получается при последовательном включении двух р— «-переходов, например в конфигурации п—р—п (рис. 121). Узкий слой с проводимостью p-типа как бы зажат между двумя слоями с электронной проводимостью. Эту тонкую область между двумя р—«-переходами называют базой транзистора, а примыкающие к ней области эмиттером, и коллектором. При включении транзистора в электрическую цепь по схеме, показанной на рис. 121, эмиттером служит левый «—р-переход, а коллектором — правый р—«-переход.
Транзисторное усиление слабого сигнала возникает за счет того, что слабый сигнал в цепи эмиттер—база вызывает сильное изменение большого тока, протекающего между эмиттером и коллектором.
Усилитель на транзисторе. Транзистор может быть включен в электрическую цепь многими способами. Простейшая схема с общей базой наиболее удобна для анализа работы транзистора. К эмиттеру (левому переходу на рис. 121) приложено прямое постоянное напряжение около 1,5 В. Сопротивление Лвх порядка 50 Ом. На него и подается переменный сигнал, который требуется усилить. К коллектору приложено более высокое обратное напряжение, например 9 В. Сопротивление /?ВЬ1Х в выходной цепи имеет порядок 104 Ом. С него снимается усиленный сигнал.
Электроны, продиффундировавшие из эмиттера в базу, становятся там неосновными носителями. В области слабого поля между п—р- и р—«-переходами они движутся хаотически и могут оказаться вблизи р—«-перехода, отделяющего базу от коллектора. Здесь они оказываются в области сильного поля, затягивающего их в коллекторный переход. При этом электроны приобретают дополнительную энергию от поля, так как спускаются по «крутому склону» этого перехода. Проходя через коллекторную цепь, они создают напряжение на выходном сопротивлении RВЬ1Х, которое представляет собой усиленный отклик на сигнал, приложенный к базе.
