Тема: Напівпровідникові прилади

⇐ Предыдущая 12

Електронно – дірковий перехід (р-n-перехід) – це границя у кристалі напівпровідника між областями р-типу і n-типу. При контакті двох частин напівпровідника з різними типами провідності починається перехід електронів із n-області, де їх більше, в р-область, де їх мало. Дірки переходять у зворотному напрямку.

Якщо подати напругу на напівпровідник з р-n-переходом так, щоб до напівпровідника р-типу під'єднувався позитивний полюс батареї, а на n-типу - негативний, то при цьому струм через р-n перехід забезпечується основними носіями: з n-типу в р-тип - електронами, а із р-типу в n-тип - дірками. Унаслідок цього провідність усього зразка велика, а опір малий. Такий перехід називають прямим.

При зворотному під’єднанні полюсів батареї струм через р-n перехід забезпечується неосновними носіями заряду і провідність зразка стає незначною, а опір великим. Цей перехід називають зворотним.

На графіку зображено залежність сили прямого струму (додатній напрям) і зворотного струму (від’ємний напрям) від напруги.

Створивши в одному кристалі р-n перехід можна виготовити напівпровідниковий діод.

Діод має односторонню провідність - сила прямого струму у разі навіть невеликих напруг значно більша від зворотного струму за такої самої напруги.

Напівпровідниковий прилад з двома р - n -переходами називають напівпровідниковим тріодом або транзистором. Для його виготовлення за допомогою відповідних домішок у монокристалі германію (або силіцію) створюють три ділянки. Ділянку з провідністю n -типу називають базою (Б). Ця ділянка розділяє ділянки провідності p -типу, які називають емітером (Е) і колектором (К). Таким чином, створюються два p-n-переходи, пропускні напрями яких протилежні.

Uc – сіткова напруга Іа – сила струму на аноді Ua – напруга на навантаженні (підсиленна) 3. Електронно-променева трубка

Якщо в аноді двохелектродної електронної лампи зробити невеликий отвір, то частина електронів, прискорених електричним полем, створить за анодом електричний пучок. Властивість електронних пучків поширюватися прямолінійно, відхилятися в електричному та магнітному полі і викликати світіння люмінофорів використовують в електронно-променевих трубках. У вузькій частині трубки розміщено електронну гармату, що складається із катода 1 і анода 2 (частіше їх декілька, розміщених один за одним). Між першим анодом і катодом створюється різниця потенціалів в сотні і навіть тисячі вольт для прискорення електронів. Між анодом і екраном трубки 5, покритим шаром люмінофору, розміщено дві пари керуючих пластин 3 і 4, на які подається напруга, що відхиляє електронний промінь по горизонталі та вертикалі.

Електронно-променеві трубки широко використовують для вивчення швидкоплинних процесів. Вони є складовою частиною осцилографів, телевізорів, моніторів комп'ютерів та інших пристроїв. При додаванні домішок елементів третьої групи (індій In, атоми якого тривалентні) для встановлення нормальних парно-електронних зв'язків із сусідами атомам не вистачає електрона. Унаслідок цього утворюється дірка. Кількість дірок у кристалі дорівнюватиме кількості атомів домішки. Домішки цього типу називають акцепторними. Напівпровідники з переважанням діркової провідності називають напівпровідниками р-типу. Основними носіями заряду таких напівпровідників є дірки, а неосновними - електрони.

При додаванні домішок елементів п’ятої групи (арсену As, атоми якого п’ятивалентні) чотири електрони утворюють ковалентні зв'язки, а п'ятий одразу стає вільним. Домішки, що легко віддають електрони, і збільшують кількість вільних носіїв, називають донорними домішками.

Напівпровідники з переважаючою електронною провідністю називаються напівпровідниками n-типу. У них електрони є основними носіями заряду, а дірки - неосновними. Характерною рисою провідників є залежність провідності від температури і освітлення. При низьких температурах напівпровідники погано проводять електричний струм, при підвищенні температури провідність зростає за рахунок збільшення кількості вільних носіїв зарядів, при високих температурах провідність є змішаною (власною). При освітленні напівпровідника його атоми набувають додаткової енергії і кількість вільних рухомих пар електрон – дірка зростає, провідність збільшується, а опір зменшується. Під'єднання батарею

плюсом на емітер Е, а мінусом на базу Б, батарею

(її ЕРС значно більша) плюсом до бази (Б), мінусом до колектора К забезпечує прямий напрям в колі "емітер - база" і зворотний в колі "колектор - база".

Як тільки замикається коло "Е - Б", основні носії заряду емітера Е переходять із нього в базу Б, де вони є вже неосновними носіями. Оскільки товщина бази дуже мала і кількість основних носіїв (електронів) у ній невелика, дірки, що потрапили до неї, майже не рекомбінують з електронами бази і проникають у колектор унаслідок дифузії. Сила струму в колекторі К змінюється разом зі струмом в емітері. Керуючи струмом емітера за допомогою джерела змінної напруги Uвх, можна змінити напругу Uвих на резисторі R;зміна напруги на ньому може в десятки тисяч разів перевищувати зміну напруги сигналу в колі емітера. Це свідчить про підсилення напруги. Відбувається підсилення. У електричних і радіотехнічних колах транзистори зображуються так: p - n - p n - p - n

Застосування: - випрямлення струму в радіосхемах (діоди) - перетворення і підсилення електричних коливань (тріоди) - обробка інформації на комп'ютерах і калькуляторах, тощо Напівпровідникові прилади в порівнянні з електронними двоелектродними лампами мають високу економічність, високий ККД, мініатюрність, довговічність, менше "бояться" вібрації. До недоліків відноситься погіршення роботи при підвищенні температури і вологості.