Физическая лаборатория - Портис А.
Скачать (прямая ссылка):
78
ток создается дырками. Для этого дыркам приписывают положительный заряд. Поведение электронов и дырок показано на рис. 5.
До сих пор мы рассматривали поведение полупроводников, в которых носители тока возникают при термическом или оптическом возбуждении. Второй способ образования носителей тока заключается во введении контролируемых примесей. Например, справа
© 0
0 0
-е
© ©
© ©
-е -е
© ©
а)
ё 0 ©
—Е
© 0 ©
-с
о, © © П
-е
-8
В)
-бе
© ©
-в-
© © © ~е® © .©*
0 0 ©
©
0 О
0 Р 0 ©
*Е -9-
0 0
0 ©
+е-±-
© ©
р
-е
-е
© © ©*~©
¦4
и
Рис. 6. Здесь показаны решетки атомов «- и р-типов. Эти атомы могут быть введены в полупроводник в качестве примесей (а). Вблизи р — п-перехода электроны и дырки диффундируют через границу п- и р-областей и рекомбинируют (6). В результате возникает электрическое поле Е, которое препятствует дальнейшей рекомбинации (в). Создав электрическое поле Е0 противоположного направления, мы получим большой ток рекомбинации (г). Переменим направление поля. Пойдет слабый ток, связанный с носителями заряда, возникающими в переходе благодаря тепловому движению (д). Поэтому вольтамперная характеристика р — п-перехода оказывается сильно асимметричной (е).
от германия в периодической таблице элементов стоит мышьяк, который имеет на один электрон больше. Если мы заменим атом германия на атом мышьяка, то получим кристалл с одним добавочным электроном, который, если ему сообщить небольшую дополни-
79
тельную энергию, сможет свободно передвигаться в германии. В этом случае электрон не оставляет дырки, которую мог бы занять соседний электрон. Такой материал с примесью мышьяка называется полупроводником я-типа, так как в нем преобладают отрицательные носители заряда.
Можно ввести в решетку германия атомы галлия, который стоит в периодической таблице слева от германия. Галлий содержит на один электрон меньше, чем германий, и поэтому является для кристалла дыркой. При некотором значении добавочной энергии дырка сможет свободно передвигаться по кристаллу. Полупроводники с примесями, подобными галлию, называются полупроводниками р-типа, потому что в них преобладают положительные носители заряда.
Замечательным результатом технологии полупроводников является создание материалов, в которых осуществлен плавный переход р-типа проводимости в п-тип. В полупроводниках р-типа мы имеем избыток дырок, а «-типа — избыток электронов. Что удерживает электроны и дырки от диффузии через весь кристалл и рекомбинации друг с другом для образования нейтрального вещества? Рис. 6 показывает, что требование нейтральности заряда препятствует этому процессу. Как видно из этого рисунка, состояние равновесия устанавливается благодаря образованию электрического поля, которое препятствует дальнейшей диффузии зарядов. Если создать электрическое поле, направленное вправо, то под действием этого поля дырки будут двигаться вправо, т. е. в полупроводник я-типа, и рекомбинировать там. Такая же сила действует на электроны, заставляя их двигаться в противоположном направлении, т. е. в р-область, где они также рекомбинируют. Поэтому при указанном направлении электрического поля можно ожидать большого тока через переход. Что будет, если создать электрическое поле; направленное влево? Направление действия сил изменится на обратное и заряды будут двигаться преимущественно от перехода. В этом случае мы получим очень маленький ток через переход. Его значение пренебрежимо мало по сравнению с током в прямом направлении, когда поле направлено вправо. Таким образом, мы видим, что р—я-переход выпрямляет. Это хороший проводник тока в направлении от р к п и плохой в направлении от я к р.
Для измерения вольтамперной характеристики вольфрамовой нити соберите схему, показанную на рис. 7. Для этой работы удобно использовать лампу на 6—8 в и 0,15 а. Схему можно питать от транзисторного выпрямителя О-т-35 б\ 200 ма. Используя ламповый вольтметр, измерьте и изобразите графически характеристики лампы. Как определить сопротивление холодной лампы, используя начальный наклон полученной вами кривой? Какое сопротивление у лампы в нормальном рабочем режиме? Из рис. 3 определите рабочую температуру нити.
Для получения вольтамперной характеристики полупроводникового диода вы можете взять германиевый диод Ш34АЬ, имеющий
80
широкое применение. Рекомендуемая схема показана на рис. 8. Обратите внимание на стрелку на диоде, указывающую направление проводимости. После снятия характеристик в прямом направлении
Рис. 7. Рис. 8. Рис. 9.
измените полярность транзисторного выпрямителя и снимите обратную характеристику. Вы можете уменьшить масштаб напряжения для обратной характеристики. Обычно более удобно получить характеристику прибора непосредственно на экране электроннолучевого осциллографа. Для этого собирается схема, показанная на рис. 9.
Прилоэжние 1.9. Диод
Мы можем использовать диод, включенный в обратном направлении, как переменную управляемую емкость. Такой диод получил название вариконд. На рис. 6 мы видели, что при возрастании обратного напряжения на диоде как электроны, так и дырки движутся прочь от перехода, оставляя осво- _^о. бождаемое ими простран- ^ ство электрически заряженным.
