Электроника - практический курс - Джонс М.Х.
ISBN 5-901095-01-4
Скачать (прямая ссылка):
н н н н
Рис. 1.7. Кристаллическая решетка кремния с примесным атомом фосфора.
Здесь имеется свободный электрон, способствующий проводимости
(полупроводник л-типа).
На рис. 1.8 показан эффект от введения в кремний трехвалентных атомов
бора. Несмотря на то, что атом бора имеет только три валентных электрона,
он принимает дополнительный электрон от одного из соседних атомов кремния
для заполнения его ковалентных связей. Это приводит к образованию в
решетке дырки или отсутствия электрона, и такая дырка может перемещаться,
участвуя, таким образом, в обеспечении проводимости. На самом деле,
конечно, при этом происходят перескоки валентных электронов, но результат
заключается в том, что дырка переходит от атома к атому. Трехвалентные
примеси, подобные бору, называют акцепторными, поскольку они, будучи
введены в кристалл, способны принимать электроны. Так как теперь прово-
14 Усиление и транзисторы
димость обусловлена положительными дырками, этот легированный
полупроводник носит название полупроводника р-типа.
II II II
(c) :?(c)!?(c)
II II II II
-5- (c) (c)
II II II II
^(c)^ (c) ^(c)7 -(c)
II II | ^ Дырка ^ ^
(c) (c) II (c) II
II II II II
Рис. 1.8. Кристаллическая решетка кремния с примесным атомом бора. Здесь
имеется свободная дырка, способствующая проводимости (полупроводник р-
типа).
Важно понимать, что образец полупроводника как р-типа, так и я-типа, сам
по себе не обладает в целом электрическим зарядом. В любом случае общее
число электронов уравновешивается таким же числом протонов в ядрах
атомов. Обозначения р- и п- относятся только к типу зарядов,
ответственных за проводимость внутри кристалла.
1.3.5 Основные и неосновные носители
Несмотря на то, что наличие примеси в легированных полупроводниках
является основной причиной проводимости, все же остается и собственная
проводимость чистого полупроводника, вызванная нарушением ковалентных
связей из-за тепловых колебаний. Таким образом, в материале л-типа кроме
свободных электронов, обусловленных донорной примесью, имеется небольшое
количество дырок, образовавшихся в результате тепловой генерации пар
электрон-дырка. Аналогично в материале />-типа имеется немного электронов
теплового происхождения. Носители зарядов, намеренно введенные путем
легирования, называют основными носителями, тогда как носители зарядов
(противоположного знака - Прим. перев.), возникающие в результате
тепловых колебаний, называются неосновными.
Введение в твердотельную электронику 15
1.3.6 Компенсация
Существует возможность преобразовать материал л-типа в материал р-типа и
наоборот просто путем добавления соответствующей примеси в количестве,
превышающем количество первоначальной примеси. Свободные электроны,
присутствующие в материале л-типа, заполняют дырки в материале р-типа и
исчезают. Этот способ, называемый компенсацией, широко используется при
изготовлении транзисторов, где различные примеси диффундируют в кристалл
на различных этапах производства.
1.3.7 р-п переход
Работа полупроводникового прибора, такого как транзистор, определяется
эффектами, имеющими место на границе между материалами р- и я-типа. На
этой стадии важно понять, что полупроводниковый переход представляет
собой изменение материала с р-типа на л-тип в пределах одной и той же
непрерывной кристаллической решетки. При простом соединении образцов
материала р-типа и материала л-типа не возникает р-п переход.
На рис. 1.9 показан диод, представляющий собой р-п переход с
металлическими контактами с каждой стороны. Под изображением перехода
приведен график изменения потенциала на р-п переходе. Как только переход
образован, часть свободных электронов из области я-типа вблизи границы
переходит в область р-типа и заполняет часть дырок в /ьобласти. На месте
электронов остается область с некомпенсированным положительным зарядом.
То же самое происходит в области р-типа, где возникает отрицатель-
Рис. 1.9. Условное обозначение полупроводникового диода, р-п переход с
обедненным слоем и изменение потенциала.
16 Усиление и транзисторы
ный заряд. Эти заряды образуют потенциальный барьер, препятствующий
дальнейшему перемещению электронов через переход, благодаря чему
наступает равновесие. В результате такого начального перемещения дырок и
свободных электронов вблизи р-п перехода практически не остается
свободных носителей. Эта область, шириной менее одного микрона,
называется обедненным слоем.
1.3.8 Смещенный р-п переход
Если к р-п переходу подключен внешний источник постоянного напряжения, то
потенциальный барьер обедненного слоя увеличивается или умень-
Рис.1.10. Поведение обедненного слоя (а) при обратном смешении и (Ь) при
прямом смешении.
Введение в твердотельную электронику 17
шается в зависимости от полярности поданного напряжения или смещения. На
рис. 1.10 показаны оба случая: (а) обратное смещение, когда потенциальный
барьер увеличивается, а обедненный слой расширяется, и (Ъ) прямое
