Na zvýšenie dierovej vodivosti polovodiča je potrebné. Elektrický prúd v polovodičoch

Polovodiče sú materiály, ktoré, keď normálnych podmienkach sú dielektriká, ale so zvyšujúcou sa teplotou sa stávajú vodičmi. To znamená, že v polovodičoch, keď sa teplota zvyšuje, odpor klesá.

Štruktúra polovodiča na príklade kremíkového kryštálu

Uvažujme o štruktúre polovodičov a hlavných typoch vodivosti v nich. Ako príklad si predstavte kremíkový kryštál.

Kremík je štvormocný prvok. V dôsledku toho sú v jeho vonkajšom obale štyri elektróny, ktoré sú slabo viazané na jadro atómu. Každý z nich má vo svojom susedstve ďalšie štyri atómy.

Atómy sa navzájom ovplyvňujú a vytvárajú kovalentné väzby. Na takejto väzbe sa zúčastňuje jeden elektrón z každého atómu. Schéma kremíkového zariadenia je znázornená na nasledujúcom obrázku.

obrázok

Kovalentné väzby sú dosť silné a nízke teploty nezlom sa. V kremíku preto nie sú žiadne voľné nosiče náboja a pri nízkych teplotách je to dielektrikum. V polovodičoch existujú dva typy vodivosti: elektrónová a dierová.

Elektronická vodivosť

Keď sa kremík zahrieva, dodáva sa mu dodatočná energia. Kinetická energia častíc sa zvyšuje a niektoré kovalentné väzby sa prerušia. To vytvára voľné elektróny.

V elektrickom poli sa tieto elektróny pohybujú medzi uzlami kryštálovej mriežky. V tomto prípade sa v kremíku vytvorí elektrický prúd.

Keďže hlavnými nosičmi náboja sú voľné elektróny, tento typ vodivosti sa nazýva elektronická vodivosť. Počet voľných elektrónov závisí od teploty. Čím viac kremík zahrievame, tým viac Kovalentné väzby sa rozbije, a preto sa objaví viac voľných elektrónov. To vedie k zníženiu odporu. A kremík sa stáva vodičom.

Vodivosť otvoru

Pri prerušení kovalentnej väzby sa na mieste uniknutého elektrónu vytvorí prázdna pozícia, ktorú môže obsadiť iný elektrón. Toto miesto sa nazýva diera. Otvor má nadmerný kladný náboj.

Poloha diery v kryštáli sa neustále mení; túto polohu môže obsadiť akýkoľvek elektrón a diera sa presunie na miesto, odkiaľ elektrón vyskočil. Ak neexistuje elektrické pole, pohyb otvorov je náhodný, a preto nedochádza k žiadnemu prúdu.

Pri jej prítomnosti vzniká usporiadaný pohyb dier a okrem prúdu, ktorý vytvárajú voľné elektróny, existuje aj prúd, ktorý vytvárajú diery. Otvory sa budú pohybovať opačným smerom ako elektróny.

V polovodičoch je teda vodivosť elektrón-diera. Prúd vytvárajú elektróny aj diery. Tento typ vodivosti sa tiež nazýva vnútorná vodivosť, pretože sú zahrnuté prvky iba jedného atómu.

Polovodiče zaujímajú medziľahlé miesto v elektrickej vodivosti medzi vodičmi a nevodičmi elektrického prúdu. Skupina polovodičov zahŕňa oveľa viac látok ako skupiny vodičov a nevodičov dohromady. Nájdených najcharakteristickejších predstaviteľov polovodičov praktické využitie v technológii sú germánium, kremík, selén, telúr, arzén, oxid meďný a veľké množstvo zliatin a chemické zlúčeniny. Takmer všetky anorganické látky svet okolo nás – polovodiče. Najbežnejším polovodičom v prírode je kremík, ktorý tvorí asi 30 % zemskej kôry.

Kvalitatívny rozdiel medzi polovodičmi a kovmi sa prejavuje predovšetkým v závislosti rezistivity od teploty. S klesajúcou teplotou klesá odolnosť kovov. V polovodičoch naopak s klesajúcou teplotou odpor rastie a v blízkosti absolútnej nuly sa prakticky stávajú izolantmi.

V polovodičoch sa koncentrácia voľných nosičov náboja zvyšuje so zvyšujúcou sa teplotou. Mechanizmus elektrického prúdu v polovodičoch nie je možné vysvetliť v rámci modelu voľného elektrónového plynu.

Atómy germánia majú vo svojom vonkajšom obale štyri slabo viazané elektróny. Nazývajú sa valenčné elektróny. V kryštálovej mriežke je každý atóm obklopený svojimi štyrmi najbližšími susedmi. Väzba medzi atómami v kryštáli germánia je kovalentná, to znamená, že ju vykonávajú páry valenčných elektrónov. Každý valenčný elektrón patrí dvom atómom. Valenčné elektróny v kryštáli germánia sú oveľa silnejšie viazané na atómy ako v kovoch; Preto je koncentrácia vodivých elektrónov pri izbovej teplote v polovodičoch o mnoho rádov nižšia ako v kovoch. Pri teplote blízkej absolútnej nule v kryštáli germánia sú všetky elektróny obsadené pri vytváraní väzieb. Takýto kryštál nevedie elektrický prúd.

Keď sa teplota zvýši, niektoré valenčné elektróny môžu získať dostatok energie na prerušenie kovalentných väzieb. Potom sa v kryštáli objavia voľné elektróny (vodivé elektróny). Zároveň sa vytvárajú voľné miesta na miestach, kde dochádza k prerušeniu väzieb, ktoré nie sú obsadené elektrónmi. Tieto voľné miesta sa nazývajú „diery“.

Pri danej teplote polovodiča sa za jednotku času vytvorí určitý počet párov elektrón-diera. Zároveň to ide spätný proces– keď sa voľný elektrón stretne s dierou, elektrónová väzba medzi atómami germánia sa obnoví. Tento proces sa nazýva rekombinácia. Páry elektrón-diera môžu byť vytvorené aj vtedy, keď je polovodič osvetlený energiou elektromagnetického žiarenia.

Ak je umiestnený polovodič elektrické pole, potom sa na usporiadanom pohybe podieľajú nielen voľné elektróny, ale aj diery, ktoré sa správajú ako kladne nabité častice. Preto prúd I v polovodiči pozostáva z prúdov elektrónu I n a diery I p: I = I n + I p.

Koncentrácia vodivých elektrónov v polovodiči sa rovná koncentrácii dier: n n = n p. Mechanizmus elektrón-dierovej vodivosti sa prejavuje iba v čistých (t.j. bez nečistôt) polovodičoch. Nazýva sa to vlastná elektrická vodivosť polovodičov.

V prítomnosti nečistôt sa elektrická vodivosť polovodičov výrazne mení. Napríklad pridávanie nečistôt fosfor do kryštálu kremík v množstve 0,001 atómového percenta znižuje merný odpor o viac ako päť rádov.

Polovodič, do ktorého sa zavedie nečistota (t.j. časť atómov jedného typu je nahradená atómami iného typu), sa nazýva nečistoty alebo dopované látky.

Existujú dva typy vodivosti nečistôt - elektronická a dierová vodivosť.

Teda pri dopingu štvorvalc germánium (Ge) alebo kremík (Si) päťvalcový - fosfor (P), antimón (Sb), arzén (As) V mieste atómu nečistoty sa objaví ďalší voľný elektrón. V tomto prípade sa nečistota nazýva darcu .

Pri dopovaní štvormocného germánia (Ge) alebo kremíka (Si) trojmocným - hliník (Al), indium (Jn), bór (B), gálium (Ga) - objaví sa čiarový otvor. Takéto nečistoty sa nazývajú akceptor .

V tej istej vzorke polovodičového materiálu môže mať jedna sekcia p - vodivosť a iná n - vodivosť. Takéto zariadenie sa nazýva polovodičová dióda.

Predpona „di“ v slove „dióda“ znamená „dva“, znamená to, že zariadenie má dve hlavné „časti“, dva polovodičové kryštály tesne vedľa seba: jeden s p-vodivosťou (toto je zóna R), druhá - s n - vodivosťou (toto je zóna P). Polovodičová dióda je v skutočnosti jeden kryštál, do ktorého jednej časti je zavedená donorová nečistota (zóna P), k druhému - akceptoru (zóne R).

Ak pripojíte batériu k dióde konštantný tlak„plus“ do zóny R a „mínus“ do zóny P, potom sa voľné náboje - elektróny a diery - ponáhľajú k hranici a ponáhľajú sa k pn prechodu. Tu sa navzájom neutralizujú, nové náboje sa priblížia k hranici a v obvode diódy sa vytvorí konštantný prúd. Ide o takzvané priame zapojenie diódy - cez ňu sa intenzívne pohybujú náboje a v obvode tečie pomerne veľký jednosmerný prúd.

Teraz zmeňte polaritu napätia na dióde a, ako sa hovorí, zapnite ju naopak - pripojte batériu „plus“ k zóne P,"mínus" - do zóny R. Voľné náboje budú stiahnuté z hranice, elektróny sa presunú do „plus“, diery do „mínusu“ a v dôsledku toho sa pn prechod zmení na zónu bez voľných nábojov, na čistý izolant. To znamená, že obvod sa preruší a prúd v ňom sa zastaví.

Cez diódu bude stále pretekať malý spätný prúd. Pretože okrem hlavných voľných nábojov (nosičov náboja) - elektrónov, v zóne P, a diery v zóne p - v každej zo zón je tiež zanedbateľné množstvo nábojov opačného znamienka. Sú to ich vlastné menšinové nosiče náboja, existujú v akomkoľvek polovodiči, objavujú sa v ňom v dôsledku tepelných pohybov atómov a sú to oni, ktorí vytvárajú spätný prúd cez diódu. Tieto náboje sú relatívne malé a spätný prúd je mnohokrát menší ako dopredný prúd. Rozsah spätný prúd silne závisí od teploty životné prostredie, polovodičový materiál a plocha p-n prechod. Keď sa plocha spoja zväčšuje, jej objem sa zväčšuje, a preto sa zvyšuje počet menšinových nosičov, ktoré sa objavujú v dôsledku generovania tepla a tepelného prúdu. Charakteristiky prúdového napätia sú kvôli prehľadnosti často prezentované vo forme grafov.

Podľa konkrétnej hodnoty elektrický odpor polovodičov obsadiť medziľahlé miesto medzi vodičmi a dielektrikom. Medzi polovodiče patrí mnoho chemické prvky(germánium, kremík, selén, telúr, arzén atď.), obrovské množstvo zliatin a chemických zlúčenín.

Kvalitatívny rozdiel medzi polovodičmi a kovmi sa prejavuje predovšetkým v závislosti rezistivity od teploty. S klesajúcou teplotou klesá odolnosť kovov. V polovodičoch naopak s klesajúcou teplotou odpor rastie a v blízkosti absolútnej nuly sa prakticky stávajú izolantmi.

Závislosť rezistivity ρ čistého polovodiča od absolútnej teploty T.

Polovodičesa nazývajú látky, ktorých merný odpor s rastúcou teplotou klesá.

Toto správanie závislosti ρ(T) ukazuje, že v polovodičoch koncentrácia voľných nosičov náboja nezostáva konštantná, ale rastie so zvyšujúcou sa teplotou. Mechanizmus elektrického prúdu v polovodičoch nie je možné vysvetliť v rámci modelu voľného elektrónového plynu. Vysvetlenie javov pozorovaných u vodičov je možné na základe zákonitostí kvantová mechanika. Uvažujme kvalitatívne mechanizmus elektrického prúdu v polovodičoch s použitím germánia (Ge) ako príkladu.

Atómy germánia majú vo svojom vonkajšom obale štyri slabo viazané elektróny. Nazývajú sa valenčné elektróny. V kryštálovej mriežke je každý atóm obklopený svojimi štyrmi najbližšími susedmi. Väzba medzi atómami v kryštáli germánia je kovalentný, teda uskutočňované pármi valenčných elektrónov. Každý valenčný elektrón patrí dvom atómom.

Valenčné elektróny v kryštáli germánia sú oveľa silnejšie viazané na atómy ako v kovoch; Preto je koncentrácia vodivých elektrónov pri izbovej teplote v polovodičoch o mnoho rádov nižšia ako v kovoch. Pri teplote blízkej absolútnej nule v kryštáli germánia sú všetky elektróny obsadené pri vytváraní väzieb. Takýto kryštál nevedie elektrický prúd. Keď teplota stúpa, niektoré valenčné elektróny môžu získať dostatok energie na prerušenie kovalentných väzieb. Potom sa v kryštáli objavívoľné elektróny(vodivé elektróny). Zároveň sa vytvárajú voľné miesta na miestach, kde dochádza k prerušeniu väzieb, ktoré nie sú obsadené elektrónmi.

Volné miesta, ktoré nie sú obsadené elektrónmi, sa nazývajú diery.

Voľné miesto môže obsadiť valenčný elektrón zo susedného páru, potom sa diera presunie na nové miesto v kryštáli. Pri danej teplote polovodiča sa za jednotku času vytvorí určité množstvo páry elektrón-diera.

Súčasne dochádza k opačnému procesu - keď sa voľný elektrón stretne s dierou, elektrónová väzba medzi atómami germánia sa obnoví. Tento proces sa nazýva rekombinácia.

Rekombinácia -obnovenie elektronickej komunikácie medzi atómami.

Páry elektrón-diera môžu byť vytvorené aj vtedy, keď je polovodič osvetlený energiou elektromagnetického žiarenia.

V neprítomnosti elektrického poľa sa vodivé elektróny a diery podieľajú na chaotickom tepelnom pohybe.

Ak je polovodič umiestnený v elektrickom poli, potom sa na usporiadanom pohybe podieľajú nielen voľné elektróny, ale aj otvory, ktoré sa správajú ako kladne nabité častice. Preto prúd ja v polovodiči pozostáva z elektrónu Ja n a diera IP prúdy: ja = Ja n + IP

Elektrický prúd v polovodičochnazývaný smerový pohyb elektrónov k kladnému pólu a dier k zápornému pólu.

Koncentrácia vodivých elektrónov v polovodiči sa rovná koncentrácii dier: n n = n p. Mechanizmus vedenia elektrón-diera sa objavuje iba v čistých (teda bez nečistôt) polovodičoch. To sa nazýva vlastnú elektrickú vodivosť polovodičov.

Vlastná elektrická vodivosť polovodičov sa nazýva mechanizmus elektrón-dierovej vodivosti, ktorý sa prejavuje len v čistých (teda bez prímesí) polovodičoch.

V prítomnosti nečistôt sa elektrická vodivosť polovodičov výrazne mení.

Vodivosť nečistôtnazývaná vodivosť polovodičov v prítomnosti nečistôt.

Nevyhnutnou podmienkou prudkého zníženia merného odporu polovodiča po zavedení nečistôt je rozdiel v mocnosti atómov nečistôt od mocnosti hlavných atómov kryštálu.

Existujú dva typy vodivosti nečistôt - elektronické A diera vodivosť.

1. Elektronická vodivosť nastáva pri zavedení polovodičového kryštálu nečistota s vyššou mocnosťou.

Napríklad, päťmocné atómy arzénu, As, sú zavedené do germániového kryštálu s štvormocnými atómami.

Obrázok ukazuje päťmocný atóm arzénu nachádzajúci sa v mieste kryštálovej mriežky germánia. Štyri valenčné elektróny atómu arzénu sa podieľajú na tvorbe kovalentných väzieb so štyrmi susednými atómami germánia. Piaty valenčný elektrón sa ukázal byť navyše; ľahko sa odtrhne od atómu arzénu a uvoľní sa. Atóm, ktorý stratil elektrón, sa stáva kladným iónom umiestneným na mieste v kryštálovej mriežke.

Darcovská prímes– nazýva sa prímesou atómov s mocnosťou presahujúcou mocnosť hlavných atómov polovodičového kryštálu.

V dôsledku jeho zavedenia sa v kryštáli objavuje značný počet voľných elektrónov. To vedie k prudkému zníženiu odporu polovodiča - tisíckrát a dokonca miliónkrát. Odpor vodiča s vysokým obsahom nečistôt sa môže blížiť odporu kovového vodiča.

V germániovom kryštáli s prímesou arzénu sú elektróny a diery zodpovedné za vlastnú vodivosť kryštálu. Ale hlavným typom voľných nosičov náboja sú elektróny oddelené od atómov arzénu. V takom krištáli n n >> n p.

Vodivosť, v ktorej sú hlavnými nosičmi voľného náboja elektróny, sa nazýva elektronické

Polovodič, ktorý má elektronickú vodivosť, sa nazýva polovodič typu n.

1. Vodivosť otvoru nastáva, keď nečistota s menšiu valenciu.

Napríklad trojmocné atómy In sa zavedú do germániového kryštálu.

Obrázok ukazuje atóm india, ktorý pomocou svojich valenčných elektrónov vytvoril kovalentné väzby len s tromi susednými atómami germánia. Atóm india nemá elektrón na vytvorenie väzby so štvrtým atómom germánia. Tento chýbajúci elektrón môže byť zachytený atómom india z kovalentnej väzby susedných atómov germánia. V tomto prípade sa atóm india premení na negatívny ión umiestnený v mieste kryštálovej mriežky a v kovalentnej väzbe susedných atómov sa vytvorí voľné miesto.

Nečistota akceptora -volal pZmes atómov s valenciou menšou ako valencia hlavných atómov polovodičového kryštálu, ktoré sú schopné zachytávať elektróny.

V dôsledku zavedenia akceptorovej nečistoty sa v kryštáli rozbije veľa kovalentných väzieb a vytvoria sa vakancie (diery). Do týchto miest môžu preskakovať elektróny zo susedných kovalentných väzieb, čo vedie k chaotickému blúdeniu dier po celom kryštáli.

Prítomnosť akceptorovej nečistoty prudko znižuje merný odpor polovodiča v dôsledku vzhľadu veľké číslo voľné otvory. Koncentrácia dier v polovodiči s prímesou akceptora výrazne prevyšuje koncentráciu elektrónov, ktorá vznikla v dôsledku mechanizmu vlastnej elektrickej vodivosti polovodiča: n p >> n n.

Vodivosť, v ktorej sú hlavnými voľnými nosičmi náboja diery, sa nazýva vodivosť otvoru.

Dierovo vodivý polovodič sa nazýva polovodič typu p.

Treba zdôrazniť, že dierová vodivosť je v skutočnosti spôsobená pohybom elektrónov cez vakancie od jedného atómu germánia k druhému, ktoré uskutočňujú kovalentnú väzbu.

Závislosť elektrickej vodivosti polovodičov od teploty a osvetlenia

1. V polovodičoch so zvyšujúcou sa teplotou pohyblivosť elektrónov a dier klesá, ale to nehrá významnú úlohu, pretože keď sa polovodič zahrieva, kinetika energia valenčných elektrónov sa zvyšuje a jednotlivé väzby sa lámu, čo vedie k zvýšeniu počtu voľných elektrónov, teda k zvýšeniu elektrickej vodivosti.

1. Pri osvetlení polovodič, objavujú sa v ňom ďalšie nosiče, ktorévedie k zvýšeniu jeho elektrickej vodivosti.K tomu dochádza v dôsledku svetelného odlupovania elektrónov z atómu a súčasného zvyšovania počtu elektrónov a dier.

Lekcia č. 41-169 Elektrina v polovodičoch. Polovodičová dióda. Polovodičové zariadenia.

Polovodič je látka, ktorej merný odpor sa môže meniť v širokom rozsahu a s rastúcou teplotou veľmi rýchlo klesá, čo znamená, že elektrická vodivosť sa zvyšuje. Pozoruje sa v kremíku, germániu, seléne a v niektorých zlúčeninách. Mechanizmus vedenia v polovodičoch Polovodičové kryštály majú atóm kryštálová mriežka, Kde vonkajšie elektróny spojené so susednými atómami kovalentnými väzbami. Pri nízkych teplotách čisté polovodiče nemajú žiadne voľné elektróny a správajú sa ako izolant. Ak je polovodič čistý (bez nečistôt), potom má svoju vlastnú vodivosť (malú). Vlastná vodivosť je dvoch typov: 1) elektronická (vodivosť “ P"-typ) Pri nízkych teplotách v polovodičoch sú všetky elektróny spojené s jadrami a odpor je vysoký; So zvyšujúcou sa teplotou sa zvyšuje kinetická energia častíc, rozkladajú sa väzby a objavujú sa voľné elektróny - odpor klesá. Voľné elektróny pohyb proti vektoru sily elektrického poľa Elektronická vodivosť polovodičov je spôsobená prítomnosťou voľných elektrónov 2) dierou (vodivosť typu „p“ sa ničia kovalentné väzby medzi valenčnými elektrónmi vzniká elektrón - jeho miesto môže byť nahradené valenčnými elektrónmi. Pohyb "diery" je ekvivalentný pohybu kladného náboja Prerušenie kovalentných väzieb a vznik vlastnej vodivosti polovodičov môže byť spôsobený zahrievaním, osvetlením (fotovodivosť) a pôsobením silných elektrických polí. Závislosť R(t): termistor
- diaľkové meranie t; - požiarny hlásič

Celková vodivosť čistého polovodiča je súčtom vodivosti typu „p“ a „n“ a nazýva sa vodivosť elektrónových dier. Polovodiče s nečistotami Majú vlastnú vodivosť a vodivosť nečistôt. Prítomnosť nečistôt výrazne zvyšuje vodivosť. Pri zmene koncentrácie nečistôt sa mení počet nosičov elektrického prúdu – elektrónov a dier. Schopnosť regulovať prúd je základom širokého používania polovodičov. Existujú nasledujúce nečistoty: 1) darcovské nečistoty (darovanie) - sú doplnkové dodávatelia elektrónov do polovodičových kryštálov, ľahko darujú elektróny a zvyšujú počet voľných elektrónov v polovodiči. Toto sú vodiči" n "-typ, t.j. polovodiče s donorovými nečistotami, kde hlavným nosičom náboja sú elektróny a menšinovým nosičom náboja sú diery. Takýto polovodič má vodivosť elektronických nečistôt (napríklad arzén). 2) akceptorové nečistoty (prijímače) vytvárajú „diery“ prijímaním elektrónov do seba. Ide o polovodiče typu „p“, t.j. polovodiče s prímesami akceptora, kde je hlavný nosič náboja diery a menšina - elektróny. Takýto polovodič má diera nečistoty vodivosť (príklad - indium). Elektrické vlastnosti "p- n„prechody."pn" spojenie (alebo spojenie elektrón-diera) je oblasť kontaktu dvoch polovodičov, kde sa vodivosť mení z elektronickej na dieru (alebo naopak). IN Takéto oblasti môžu byť vytvorené v polovodičovom kryštáli zavedením nečistôt. V kontaktnej zóne dvoch polovodičov s rôznou vodivosťou bude prebiehať vzájomná difúzia elektrónov a dier a vznikne blokujúca bariéra. elektrická vrstva. Elektrické pole bariérovej vrstvy zabraňujeďalší prechod elektrónov a dier cez hranicu. Blokovacia vrstva má zvýšený odpor v porovnaní s inými oblasťami polovodiča. IN Vonkajšie elektrické pole ovplyvňuje odpor bariérovej vrstvy. V priepustnom (priechodnom) smere vonkajšieho elektrického poľa prechádza prúd cez hranicu dvoch polovodičov. Pretože elektróny a diery sa pohybujú k sebe smerom k rozhraniu, potom elektróny prekračujúc hranice, zapĺňajú diery. Hrúbka bariérovej vrstvy a jej odpor sa neustále zmenšujú.

P Pri blokovaní (obrátený smer vonkajšieho elektrického poľa) prúd neprejde cez kontaktnú plochu dvoch polovodičov. Pretože elektróny a diery sa pohybujú od hranice v opačných smeroch, potom blokujúca vrstva zahusťuje, zvyšuje sa jeho odolnosť. Prechod elektrón-diera má teda jednosmernú vodivosť.

Polovodičová dióda- polovodič s jedným p-n prechodom.P
Polovodičové diódy sú hlavnými prvkami AC usmerňovačov.
Pri pôsobení elektrického poľa: v jednom smere je odpor polovodiča vysoký, v opačnom smere je odpor nízky.
Tranzistory.(od anglické slová prenos - prenos, rezistor - odpor) Uvažujme jeden z typov tranzistorov vyrobených z germánia alebo kremíka s donorovými a akceptorovými nečistotami, ktoré sú do nich vnesené. Rozloženie nečistôt je také, že medzi dvoma vrstvami polovodiča typu p sa vytvorí veľmi tenká (rádovo niekoľko mikrometrov) vrstva polovodiča typu n (pozri obrázok). Táto tenká vrstva je tzv základ alebo základňu. V kryštáli sa tvoria dve R-n križovatky, ktorých smery vpred sú opačné. Tri výstupy z oblastí s rôzne druhy vodivosť umožňuje zahrnúť tranzistor do obvodu znázorneného na obrázku. S týmto prepínačom vľavo R-n-prechod je priamy a oddeľuje bázu od oblasti s vodivosťou typu p, tzv žiarič. Keby neexistovalo právo R-n-prechod, v obvode emitor-báza by bol prúd v závislosti od napätia zdrojov (batérií B1 a zdroj striedavé napätie) a odpor obvodu vrátane nízkeho odporu priameho spojenia emitor-báza. Batéria B2 zapnutý tak, že vpravo R Prechod -n v obvode (pozri obrázok) je obrátene. Oddeľuje bázu od pravej oblasti s vodivosťou typu p, tzv zberateľ. Keby nezostalo R-n prechod, prúd v kolektorovom obvode by bol blízky nule, pretože odpor spätného prechodu je veľmi vysoký. Ak je vľavo prúd R-n prechod, v kolektorovom obvode sa objaví prúd a prúd v kolektore je len o niečo menší ako prúd v emitore (ak je na emitor privedené záporné napätie, potom vľavo R-n-prechod bude reverzný a v obvode emitora a v obvode kolektora nebude prakticky žiadny prúd). Pri vytvorení napätia medzi emitorom a bázou prenikajú väčšinové nosiče polovodiča typu p - diery do bázy, kde sú už menšinovými nosičmi. Keďže hrúbka bázy je veľmi malá a počet majoritných nosičov (elektrónov) v nej je malý, otvory, ktoré sa do nej dostanú, sa takmer nespájajú (nerekombinujú) s elektrónmi bázy a prenikajú do kolektora vďaka k difúzii. Správny R Prechod -n je uzavretý pre hlavné nosiče náboja bázy - elektróny, ale nie pre diery. Otvory v potrubí sa nechajú uniesť elektrické pole a zatvorte okruh. Sila prúdového vetvenia do obvodu emitora zo základne je veľmi malá, pretože plocha prierezu základne v horizontálnej (pozri obrázok vyššie) rovine je oveľa menšia ako prierez vo vertikálnej rovine.

Sila prúdu v kolektore je prakticky rovná sile prúd vo vysielači, mení sa s prúdom vo vysielači. Rezistor R má malý vplyv na kolektorový prúd a tento odpor môže byť dosť veľký. Riadením prúdu emitora pomocou zdroja striedavého napätia pripojeného k jeho obvodu získame synchrónnu zmenu napätia na rezistore R .

Pri veľkom odpore rezistora môže byť zmena napätia na ňom desaťtisíckrát väčšia ako zmena napätia signálu v obvode emitora. To znamená zvýšené napätie. Preto pri zaťažení R je možné získať elektrické signály, ktorých výkon je mnohonásobne väčší ako výkon vstupujúci do obvodu vysielača.

Aplikácia tranzistorov Vlastnosti R-n prechody v polovodičoch sa používajú na zosilnenie a generovanie elektrických oscilácií.

3

V tejto lekcii sa pozrieme na také médium na prechod elektrického prúdu, ako sú polovodiče. Zvážime princíp ich vodivosti, závislosť tejto vodivosti od teploty a prítomnosti nečistôt, budeme uvažovať o takom koncepte ako p-n prechod a základné polovodičové zariadenia.

Ak vytvoríte priame spojenie, potom vonkajšie pole zneutralizuje blokujúce pole a prúd bude prenášaný hlavnými nosičmi náboja (obr. 9).

Ryža. 9. p-n križovatka s priamym pripojením ()

V tomto prípade je menšinový nosný prúd zanedbateľný, prakticky neexistuje. Preto p-n prechod poskytuje jednosmerné vedenie elektrického prúdu.

Ryža. 10. Atómová štruktúra kremíka so zvyšujúcou sa teplotou

Vodivosť polovodičov je elektrónová diera a takáto vodivosť sa nazýva vlastná vodivosť. A na rozdiel od vodivých kovov pri zvyšovaní teploty rastie počet voľných nábojov (v prvom prípade sa nemení), preto so zvyšujúcou sa teplotou rastie aj vodivosť polovodičov a klesá odpor (obr. 10).

Veľmi dôležitou otázkou pri štúdiu polovodičov je prítomnosť nečistôt v nich. A v prípade prítomnosti nečistôt by sme už mali hovoriť o vodivosti nečistôt.

Polovodičové zariadenia

Malá veľkosť a veľmi vysoká kvalita prenášaných signálov spôsobili, že polovodičové zariadenia sú v modernej elektronickej technike veľmi bežné. Zloženie takýchto zariadení môže zahŕňať nielen spomínaný kremík s nečistotami, ale napríklad aj germánium.

Jedným z takýchto zariadení je dióda - zariadenie schopné prechádzať prúdom v jednom smere a brániť jeho prechodu v druhom. Získava sa implantáciou polovodiča iného typu do polovodičového kryštálu typu p alebo n (obr. 11).

Ryža. 11. Označenie diódy na schéme a schéme jej zariadenia, resp

Ďalšie zariadenie, teraz s dvoma p-n križovatky, sa nazýva tranzistor. Slúži nielen na výber smeru prenosu prúdu, ale aj na jeho transformáciu (obr. 12).

Ryža. 12. Schéma štruktúry tranzistora a jeho označenie na elektrická schéma respektíve ()

Treba poznamenať, že moderné mikroobvody používajú veľa kombinácií diód, tranzistorov a iných elektrických zariadení.

V ďalšej lekcii sa pozrieme na šírenie elektrického prúdu vo vákuu.

Bibliografia

1. Tikhomirova S.A., Yavorsky B.M. Fyzika (základná úroveň) - M.: Mnemosyne, 2012.
2. Gendenshtein L.E., Dick Yu.I. Fyzika 10. ročník. - M.: Ilexa, 2005.
3. Myakishev G.Ya., Sinyakov A.Z., Slobodskov B.A. fyzika. Elektrodynamika. - M.: 2010.

1. Princípy činnosti zariadení ().
2. Encyklopédia fyziky a techniky ().

Domáca úloha

1. Čo spôsobuje výskyt vodivých elektrónov v polovodiči?
2. Aká je vlastná vodivosť polovodiča?
3. Ako závisí vodivosť polovodiča od teploty?
4. Ako sa darcovská nečistota líši od akceptorovej nečistoty?
5. *Akú vodivosť má kremík s prímesou a) gália, b) india, c) fosforu, d) antimónu?