Журнал Радио 10 номер 1971 год

Журнал Радио 10 номер 1971 год. ПОЛУПРОВОДНИКИ И ПОЛУПРОВОДНИКОВЫЕ ДИОДЫ Р. МАЛИНИН  С этого номера журнала под рубрикой Будущему воину мы начинаем публикацию учебных плакатов, разработанных Р. М. Малининым, рассказывающих об устройстве и работе полупроводниковых диодов и транзисторов, конденсаторов и резисторов. Используемых в радиоэлектронной аппаратуре как оборонного назначения, так и мирного применения. Полагаем, что такие плакаты могут стать пособиями учебных пунктов, готовящих будущих воинов наших вооруженных сил. Помещаемая здесь статья полупроводники и полупроводниковые диоды, написанная тем же автором, является как бы введением к плакатам, посвященным полупроводниковым диодам.

Электрическая проводимость чистого полупроводника (например, кристалла германия, в котором на несколько миллиардов его атомов приходится не более одного атома какого-либо другого химического элемента) хуже, чем проводимость металлов, но значительно лучше, чем проводимость диэлектриков (изоляторов), например, стекла. Характерной особенностью полупроводников является резкое увеличение их проводимости с ростом температуры (проводимость металлов с увеличением температуры ухудшается); при температурах, близких к абсолютному нулю (— 273°С), полупроводники ведут себя как диэлектрики.

Для полупроводниковых приборов наиболее широко используют германий (Ge) и кремний (Si). Между атомами этих физических элементов существует ковалентная связь: во всем объеме кристалла каждый из атомов имеет два общих электрона с соседним атомом; однако некоторые из этих электронов по тем или иным причинам могут высвобождаться, в результате чего в межатомных связях появляются «незаполненные» места, названные условно дырками. Дырки можно рассматривать как положительно заряженные частицы.

Электрон, находящийся в одной из соседних ковалентных связей, может из нее вырваться и «перескочить» в дырку. Дырка при этом исчезает, по одновременно появляется дырка в другой ковалентной связи — дырка как бы переместилась. Можно считать, что в полупроводнике подвижны не только свободные электроны, но и дырки.

В чистом полупроводнике число свободных электронов равно числу дырок. Если к такому полупроводнику приложить постоянное электрическое напряжение, то под действием электрического поля в полупроводнике возникает упорядоченное движение электронов в сторону положительного полюса и дырок — в сторону отрицательного полюса. В полупроводнике, следовательно, появится электрический ток, носителями которого являются свободные электроны и дырки.

При введении в полупроводник небольшого числа атомов другого элемента соотношение свободных электронов и дырок в нем сильно изменяется. Такой полупроводник называется примесным. Полупроводник, в котором свободных электронов больше, чем дырок, называют полупроводником с электронной проводимостью или n-полупроводником (n-первая буква латинского слова negativus — отрицательный). Химические элементы-примеси, создающие такой тип проводимости, называют донорами, так как они «дают» добавочные свободные электроны.

Примесный полупроводник, в котором дырок больше, чем свободных электронов, называют полупроводником с дырочной проводимостью или р-полупроводником (р-первая буква латинского слова positivus — положительный). Химические элементы-примеси, создающие такой тип проводимости, называют акцепторами, так как они как бы «принимают» часть свободных электронов.

Для р-полупроводника дырки являются основными носителями тока, а электроны неосновными; в n-полупроводнике основными носителями тока служат электроны и неосновными — дырки.

Электронно-дырочный переход

Доноры и акцепторы позволяют создавать пластинку кристаллической структуры, одна из частей объема которой будет n-полупроводником, а другая р-полупроводником, между которыми образуется электронно-дырочный переход, называемый также р-n переходом. На процессах, происходящих в области р-n переходов, и основано действие полупроводниковых диодов.

В зависимости от технологии изготовления р-n переходов кремниевые и германиевые диоды подразделяют на сплавные, микросплавные, точечные и некоторые другие виды диодов, а по областям применения — на диоды выпрямительные, импульсные, универсальные, стабилитроны, варикапы.

Если область р соединить с положительным полюсом источника постоянного напряжения, а область n с отрицательным (рис. 1), то электроны будут легко переходить из области п, где они в избытке, в область р, а дырки из области р в область n. Оба эти процесса создают через р-n переход электрический ток. Падение —1 в, а для германия — меньше 0,4 — 0,5 в. При обратной полярности подключения источника постоянного напряжения (рис. 2) немногие носители тока могут пройти через р-n переход и ток в электрической цепи будет весьма мал. Это явление называют односторонней проводимостью или выпрямительным действием диода.

Постоянное напряжение с полярностью, при которой ток свободно проходит через переход (плюс подключен к области р), называют прямым напряжением или прямым смещением, вызываемый этим напряжением ток относительно большой величины — прямым током, а направление из области р в область n — прямим или пропускным. Напряжение противоположной полярности (к области р подключен минус) называют обратным напряжением или обратным смещением, создаваемый этим напряжением ток относительно малой величины — обратным током, а направление из области n в область р — обратным или запорным.

Вольтамперные характеристики р-n переходов

°С). В правом верхнем квадранте изображают «прямую» ветвь характеристики, показывающую, как изменяется прямой ток Iпр через переход при изменении напряжения Uпр на нем, а в левом нижнем квадранте — «обратную» ветвь характеристики, показывающую зависимость обратного тока Ioбр от обратного напряжения Uoбр. Так как значения прямых и обратных токов и напряжений сильно отличаются, шкалы ветвей имеют разные масштабы.

Из приводимых вольтамперных характеристик видно, что прямой ток Iпр через р-n переход в германии начинается при значительно меньшем прямом напряжении и растет быстрее, чем через р-n переход в кремнии. Если прямое напряжение кремниевом переходе меньше 0,4 — 0,5 в, ток через этот переход не возникает. Обратные токи Ioбр через р-n переход в кремнии во много раз меньше, чем через переход в германии, что особенно ощутимо при повышенных температурах.

Обратные токи через переходы растут относительно медленно при увеличении обратных напряжений до некоторых предельных значений. Затем наблюдается резкое возрастание обратных токов, особенно через р-n переход в кремнии. Это явление называют пробоем перехода.

«Пробой» р-n перехода не приводит к его разрушению в физическом смысле, если тем или иным способом ограничить ток через него, включая, например, последовательно с источником тока резистор. При таких условиях р-n переход может работать в режиме «пробоя» неограниченно долгое время, что, в частности, используется в стабилитронах.

Вернуться к содержанию журнала "Радио" 10 номер 1971 год







Рекомендуемый контент




Copyright © 2010-2017 housea.ru. Контакты: info@housea.ru При использовании материалов веб-сайта Домашнее Радио, гиперссылка на источник обязательна.