Подготовка к вступительным экзаменам в МГУ. Физика - Гомонова А.И.
Скачать (прямая ссылка):
введением примесей в процессе выращивания кристалла или введением атомов
примесей в готовый кристалл.
Через границу, разделяющую области кристалла с разными типами
проводимости, происходит диффузия электронов и дырок. Диффузия электронов
из п-полупроводника в /^-полупроводник приводит к появлению в электронном
полупроводнике нескомпенсированных положительных ионов донорной примеси;
в дырочном полупроводнике рекомбинация электронов с дырками приводит к
появлению нескомпенсированных зарядов отрицательных ионов акцепторной
примеси. Между двумя слоями объемного заряда возникает электрическое
поле, напряженность которого возрастает по мере накопления объемного
заряда. Это поле начинает препятствовать дальнейшей диффузии электронов и
дырок. В результате пограничная область раздела полупроводников различных
типов превращается в запирающий слой, который имеет повышенное
сопротивление по сравнению с остальными объемами полупроводников.
Внешнее электрическое поле влияет на сопротивление запирающего слоя. Если
п- полупроводник подключен к отрицательному полюсу источника тока, а ^-
полупроводник соединен с положительным
172
Постоянный ток
полюсом, то под действием электрического поля электроны в п-
полупроводнике и дырки в /7-полупроводнике будут двигаться навстречу друг
другу к границе раздела полупроводников, уменьшая его электрическое
сопротивление. При таком прямом (пропускном) направлении внешнего поля
электрический ток проходит через границу полупроводников. При подключении
источника с обратной полярностью электроны в п- полупроводнике и дырки в
р-полупроводнике под действием электрического поля будут перемещаться от
границы раздела в противоположные стороны. Это приведет к утолщению
запирающего слоя и увеличению его сопротивления. Направление внешнего
поля, расширяющее запирающий слой, называется обратным (запирающим). При
таком направлении внешнего поля электрический ток через контакт п- и р-
полупроводников практически не проходит.
Полупроводниковый диод. Электронно-дырочный переход обладает
односторонней проводимостью, аналогично проводимости вакуумного диода.
Это свойство р-п - перехода используется в полупроводниковых диодах,
предназначенных для выпрямления переменного тока. Полупроводниковые диоды
обладают рядом преимуществ по сравнению с вакуумными: экономичность,
миниатюрность, высокая надежность и большой срок службы. Недостатком
полупроводниковых диодов является зависимость их параметров от
температуры, а также ограниченность температурного диапазона (от -70 до
120° С), в котором они могут работать.
Транзистор. Чрезвычайно широкое распространение в настоящее время
получили также полупроводниковые триоды, или транзисторы. По способу
изготовления транзисторы мало отличаются от полупроводниковых диодов.
Разница заключается в ином распределении примесей в кристалле
полупроводника. Это распределение в транзисторе таково, что между
областями полупроводника одного типа создается очень тонкая (порядка
нескольких микрон) прослойка полупроводника другого типа. В результате в
кристалле транзистора образуются два р-п - перехода, прямые направления
которых противоположны. Тонкую прослойку, находящуюся в середине
кристалла, называют базой, а две крайние области кристалла - эмит-
Определения, понятия и законы
173
тером и коллектором.
Транзисторы, в которых эмиттер и коллектор обладают дырочной
проводимостью, а база - электронной, называются транзисторами р-п-р -
типа. Транзисторы п-р-п - типа имеют аналогичное устройство, только
материал базы в них обладает дырочной проводимостью, а коллектор и
эмиттер - электронной. Условные обозначения транзисторов в схемах
приведены на рис. 3.2.7.
В качестве примера рассмотрим включение в цепь транзистора р-п-р - типа
(рис. 3.2.8). Для приведения в действие такого транзистора на коллектор
подают напряжение отрицательной полярности относительно эмиттера.
Напряжение на базе по отношению к эмиттеру может быть как положительным,
так и отрицательным. Основным рабочим состоянием транзистора является
т.н. активное состояние, при котором к эмиттерному р-п - переходу
приложено напряжение в пропускном направлении, а к коллекторному - в
запирающем. При этом эмиттерный р-п - переход открывается и из эмиттера в
базу переходят дырки.
Путем диффузии дырки распространяются из области с высокой концентрацией
вблизи эмиттера в область с низкой концентрацией к коллектору. Дырки,
достигающие коллекторного р-п - перехода, втягиваются его полем и
переходят в коллектор. Небольшая доля дырок (1-5%), движущихся от
эмиттера к коллектору, встречает на своем пути через базу электроны и
рекомбинирует с ними. Убыль электронов в базе за счет рекомбинации
восполняется приходом электронов через базовый вывод. Таким образом, ток,
протекающий через эмиттерный вывод транзистора /э в активном состоянии,
оказывается равным сумме токов через его коллекторный /к и базовый /б
выводы.
