Студопедия Главная Случайная страница Обратная связь

Разделы: Автомобили Астрономия Биология География Дом и сад Другие языки Другое Информатика История Культура Литература Логика Математика Медицина Металлургия Механика Образование Охрана труда Педагогика Политика Право Психология Религия Риторика Социология Спорт Строительство Технология Туризм Физика Философия Финансы Химия Черчение Экология Экономика Электроника

Краткие теоретические сведения. Контакты полупроводника с металлом или с другим полупроводником об­ладают иногда выпрямляющими свойствами





 

Контакты полупроводника с металлом или с другим полупроводником об­ладают иногда выпрямляющими свойствами, т. е. значительно эффективнее про­пускают ток в одном направлении, чем в обратном. Это происходит потому, что в приконтактной области изменяется концентрация или даже тип носителей заряда, т. е. образуется пространственный заряд, обеспечивающий контактную разность потенциалов, необходимую для выравнивания (в состоянии равновесия) уровней Ферми по обе стороны контакта.

В отличие от металлов, в полупроводниках эта область оказывается доста­точно широкой, чтобы при малой концентрации носителей обеспечить нужный перепад потенциала. Если знак контактной разности потенциалов таков, что кон­центрация носителей в приконтактной области становится меньшей, чем в объёме полупроводника, то приконтактный слой определяет сопротивление всей систе­мы. Внешняя разность потенциалов дополнительно уменьшает число носителей в приконтактной области, если она добавляется к контактной разности потенциа­лов или, наоборот, увеличивает их концентрацию, если знак её противоположен. Таким образом, сопротивление контакта для токов в прямом и обратном направ­лениях существенно различаются, что и обеспечивает выпрямляющие свойства контакта.

Такие контакты явились первыми полупроводниковыми приборами (вы­прямители, детекторы), однако развитие полупроводниковой электроники началось лишь после того, как были созданы р-п переходы - контакты областей полу­проводника с разным типом проводимости внутри единого полупроводникового кристалла. Контактная разность потенциалов в этом случае близка к ширине за­прещенной зоны, так как уровень Ферми (уровень WF на рис. 11.1) в п- области лежит вблизи дна зоны проводимости WС (рис. 11.1), а в р -области - вблизи валентной зоны WV (рис. 11.1). Уменьшающая её внешняя разность потенциалов вызывает диффузионные потоки электронов в р -область и дырок в n -область (инжекцию неосновных носителей тока). В обратном направлении р-п переход практически не пропускает ток, т.к. оба типа носителей оттягиваются от области перехода. В полупроводниках с большой длиной диффузии, таких, как Gеи Si, инжектированные одним р-п -переходом неравновесные носители могут достигать другого, близко расположенного р-п перехода, и существенно опреде­лять ток через него. Возможно изменение тока через р-п переход, при создании вблизи него неравновесных носителей каким-либо другим способом, например освещением. Первая из этих возможностей управления током р-п перехода (инжекция) является физической основой действия транзистора, а вторая (фотоэдс) - фотодиода и солнечных батарей.

На рис. 11.1 приведены зонные диаграммы, иллюстрирующие этапы формирования электронно-дырочного перехода.

 

Рис. 11.1. Зонные диаграммы

 

Границу, где уровень Ферми пересекает середину запрещенной зоны, назы­вают физическим р-п переходом.

Вольтамперная характеристика р-п перехода (диода) с приложенным внеш­ним напряжением U будет иметь следующий вид:

 

,

 

где β – коэффициент, характеризующий свойства р-п перехода; iC – плотность тока насыщения.

На рис. 11.2 изображена вольтамперная характеристика р-п перехода:

 

Рис. 11.2. Вольтамперная характеристика р-п перехода

 

На рис. 11.2 U пр – максимальное падение напряжения на диоде, при пропускании через него тока в прямом направлении; iC – ток насыщения, максимальный ток проходящий через диод, при пропускании через него обратного тока.

Фотоэлектрические полупроводниковые приборы с генерацией ЭДС при воздействии излучения на область р-п перехода, называются фотоэлементами. Фотоэлементы служат преобразователями световой энергии в электрическую. Некоторой разновидностью фотоэлементов являются солнечные элементы, пред­назначенные для преобразования солнечных лучей в электрическую энергию. Совокупность электрически соединенных фотоэлементов называется солнечной батареей.

В фотодиодах на основе р-п - переходов используется эффект разделения на границе электронно-дырочного перехода созданных оптическим излучением неосновных неравновесных носителей. На рис. 11.3 схематически изображен фотодиод и схема его включения.

Вольтамперная характеристика для активного режима работы (приложено внешнее напряжение) имеет вид:

 

. (11.1)

 

Рассмотрим два частных случая уравнения (11.1).

1. Режим холостого хода (разомкнутая цепь). Ток во внешней цепи отсутст­вует (i = 0), а напряжение на выводах фотоэлемента будет максимальным и рав­ным ЭДС фотоэлемента. Он определяется, по непосредственно подключенному вольтметру к выходам фотодиода.

2. Режим короткого замыкания. При этом напряжение на выводах фотодио­да отсутствует, а сила тока равна силе фототока.

Основными характеристиками фотодиодов является зависимость фототока и фотоэдс от светового потока, падающего на элемент.

 

Рис. 11.3. Схема функциональная включения фотодиода

 

Световая характеристика представляет собой зависимость величины фото­тока i Ф от светового потока Е, падающего на фотоэлемент. Количество электронно-дырочных пар, образующихся в фотоэлементе при освещении, пропорцио­нально количеству фотонов, падающих на фотоэлемент. Поэтому фототок будет пропорционален величине светового потока:

 

, (11.2)

 

где K – коэффициент пропорциональности, зависящий от параметров фото­элемента.

Подставив выражение (11.2) в (11.1) получим зависимость силы тока в цепи фотодиода от светового потока Еи напряжения на фотодиоде U.

 

. (11.3)

 

При неизменном напряжении U на фотодиоде зависимость тока от светово­го потока будет иметь линейный характер.

 

11.4. Используемое оборудование

 

«Модуль питания», модуль «Барьерный эффект. Фотопро­водимость», «Функциональный генератор», модуль «Мультиметры», USB – ос­циллограф, минимодуль, соединительные проводники.

 







Дата добавления: 2015-04-16; просмотров: 456. Нарушение авторских прав; Мы поможем в написании вашей работы!




Картограммы и картодиаграммы Картограммы и картодиаграммы применяются для изображения географической характеристики изучаемых явлений...


Практические расчеты на срез и смятие При изучении темы обратите внимание на основные расчетные предпосылки и условности расчета...


Функция спроса населения на данный товар Функция спроса населения на данный товар: Qd=7-Р. Функция предложения: Qs= -5+2Р,где...


Аальтернативная стоимость. Кривая производственных возможностей В экономике Буридании есть 100 ед. труда с производительностью 4 м ткани или 2 кг мяса...

Этапы трансляции и их характеристика Трансляция (от лат. translatio — перевод) — процесс синтеза белка из аминокислот на матрице информационной (матричной) РНК (иРНК...

Условия, необходимые для появления жизни История жизни и история Земли неотделимы друг от друга, так как именно в процессах развития нашей планеты как космического тела закладывались определенные физические и химические условия, необходимые для появления и развития жизни...

Метод архитекторов Этот метод является наиболее часто используемым и может применяться в трех модификациях: способ с двумя точками схода, способ с одной точкой схода, способ вертикальной плоскости и опущенного плана...

ТЕХНИКА ПОСЕВА, МЕТОДЫ ВЫДЕЛЕНИЯ ЧИСТЫХ КУЛЬТУР И КУЛЬТУРАЛЬНЫЕ СВОЙСТВА МИКРООРГАНИЗМОВ. ОПРЕДЕЛЕНИЕ КОЛИЧЕСТВА БАКТЕРИЙ Цель занятия. Освоить технику посева микроорганизмов на плотные и жидкие питательные среды и методы выделения чис­тых бактериальных культур. Ознакомить студентов с основными культуральными характеристиками микроорганизмов и методами определения...

САНИТАРНО-МИКРОБИОЛОГИЧЕСКОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ ВОДЫ, ВОЗДУХА И ПОЧВЫ Цель занятия.Ознакомить студентов с основными методами и показателями...

Меры безопасности при обращении с оружием и боеприпасами 64. Получение (сдача) оружия и боеприпасов для проведения стрельб осуществляется в установленном порядке[1]. 65. Безопасность при проведении стрельб обеспечивается...

Studopedia.info - Студопедия - 2014-2025 год . (0.01 сек.) русская версия | украинская версия