Входной тест к УЭ № 2

Выберите правильный ответ.

1. Какие виды носителей заряда имеются в полупроводниках?

а) дырки;

б) электроны;

в) электроны и дырки. Р=3

2. Чем отличаются примесные полупроводники от собственных?

а) явно выраженной «р» или «n» проводимостью;

б) меньшим значением электропроводимости;

в) ни чем. Р=3

3. Чем обусловлены основные носители заряда?

а) разрывом ковалентных связей;

б) введением примеси;

в) температурой. Р=3

4. Если в кристалл германия ввести (легировать) атомы бора (В), то получится примесный полупроводник:

а) р-типа; б) n-типа; в) р, n-типа. Р=3

 

Электронно-дырочный (р-n) переход

Особые свойства приобретают полупроводники, состоящие из двух или нескольких соприкасающихся слоев с различными типами проводности.

Область, где имеется переход от полупроводника с электронной проводимостью к полупроводнику с дырочной проводимостью, называют электронно-дырочным или р – n переходом. Свойства и сочетание электронно-дырочных переходов лежит в основе принципа действия многих полупроводниковых приборов.

Если произвести электрический контакт между двумя кристаллами примесных полупроводников «р» и «n» типа, то в «р» – области монокристалла концентрация дырок преобладает над концентрацией электронов в n-области. В n-области, наоборот, концентрация электронов преобладает над концентрацией дырок.

Под действием градиента концентрации в монокристалле возникает диффузия основных носителей зарядов. Дырки из р-области диффундируют в n-область, электроны – наоборот. В результате диффузии основных носителей у границы раздела р- и n-областей остаются не скомпенсированными ионизированные атомы акцепторной и донорной примеси.

Следовательно, в окрестности р- и n-перехода благодаря диффузии дырок и электронов создаются области с избыточной концентрацией неподвижных минусовых зарядов в р-области и избыточных положительных зарядов со стороны n-области (рис. 4).

Рис. 4

Между этими областями возникает электрическое поле, которое называют внутренним диффузионным полем Е_зап р-n-перехода, а также устанавливается контактная разность потенциалов, не превышающая 1В и называемая потенциальным барьером.

Под действием силы внутреннего электрического поля из приграничной области вытесняются электроны и дырки. В результате области, прилегающие к границе раздела, окажутся обедненными основными носителями зарядов. Таким образом, в приконтактной области образуется весьма тонкий слой, почти лишенный подвижных электрических зарядов и обладающий большим омическим сопротивлением, называемым запирающим слоем.

Внутреннее поле Е_зап для основных носителей зарядов р- и n-областей является тормозящим, а для не основных – ускоряющим.

Если к р- n-переходу приложить внешнее прямое напряжение с полярностью, указанной на рис. 5, то при этом электрическое поле внешнего источника Е_вн не совпадает с направлением поля Е_зап р- n-перехода.

 

Рис. 5 Рис. 6

Это приведет к ослаблению напряженности Е_зап, уменьшению ширины запирающего слоя и высоты потенциального барьера. В результате чего сопротивление р- n-перехода значительно уменьшится и через р- n-переход потечет ток, образованный двидением через р- n-переход основных зарядов под действием Е_вн. Этот ток называется прямым I_пр.

Если к р- n-переходу приложить напряжение с полярностью, указанной на рис. 6, называемое обратным напряжением, то внешнее напряжение увеличивает напряженность внутреннего поля р- n-перехода, а также ширину запорного слоя и высоту потенциального барьера. В результате через этот переход протекает ток дрейфа неосновных носителей и называется обратным током I_обр.

I_обр пропорционален концентрации неосновных зарядов, количество которых возрастает с ростом температуры. Обратный ток на шесть порядков меньше прямого тока, т.е. сопротивление р-n-перехода в этом случае весьма большое, он заперт для основных зарядов. Можно считать, что полупроводник, обладающий р- n-переходом обладает вентильным свойством, т.е. односторонней проводимостью электрического тока.

На рис. 7 проведена вольтамперная характеристика (ВАХ) р-n-перехода, из которой видно свойство односторонней проводимости. Допустимая температура нагрева кремниевого р- n-перехода – 200⁰С, германиевого – 100⁰С. При работе в р- n-переходе возможен его пробой, при котором утрачивается вентильное свойство.

Рис. 7.

 

Пробой наступает при обратном напряжении равном напряжению пробоя. Электрический пробой является обратимым, если он не переходит в тепловой, но тепловой пробой разрушает р-n-переход.