Главная | Обратная связь

ФІЗИЧНІ ОСНОВИ РОБОТИНАПІВПРОВІДНИКОВИХПРИЛАДІВ

 

Величина ф_к залежить від матеріалу НП і його температури. Для германію q= (0,4 - 0,6) В, для кремнію q= (0,6 - 0,8) В.

Зона об'ємного заряду - це й є електронно-дірковий перехід (p-n перехід). Ширина його, позначена як L, вимірюється десятками мікронів. Оскільки yp-n переході відсутні рухомі носії зарядів (він заповнений нерухомими іонами), то його електричний опір дуже великий.

Розглянемо поведінку p-n переходу при підімкненні до нього зовнішньої на­пруги. Можливе пряме або зворотнє вмикання.

При зворотньому вмиканні, як пока­зано на рис. 1.5, яор-п переходу при­кладається зовнішня напруга U_3H, внас­лідок чого до його внутрішнього елек­тричного поля додається зовнішнє елек­тричне поле з напруженістю Е_зн. У ре­зультаті поле в p-n переході зростає і дорівнює

Рис. 1.5 - Зворотнє вмикання p-n переходу

(1.2)

— Е_вн + Е_зн

Оскільки електричний onipjE?-n переходу дуже великий, практично вся напруга U_m прикладається до нього.

Отже, різниця потенціалів на переході становить

(1.3)

де ф - результуюча різниця потенціалів.

Запірні властивості переходу при цьому зростають і дифузійна скла­дова струму і_диф зменшується, а дрейфова і не змінюється (бо зале­жить лише від ступеня нагріву речовини) і через перехід протікає зво­ротний струм

Ізв ^{= І}др ~¹'дІІф (l-4)

Оскільки *_dl,—>0, то зворотний струм визначається концентрацією неосновних носіїв зарядів і є незначним за величиною.

 

При прямому вмиканні, як показано на рис. 1 .6, за зазначеною полярністю зовнішньоїнапруги зовнішнє електрич­не поле спрямоване назустріч внутріш­ньому і результуюча напруженість зменшується

При цьому і_дцф зростає, а і змен­шується. Різниця потенціалів становить

Рис. 1.6 - Пряме вмикання p-n переходу

q>pe,=q>K-U,,,. (1.6)

У цьому випадку через перехід тече прямий струм

^np ~ ^дuф

(1.7)

Він обумовлюється дифузійною складовою струму, тобто залежить від концентрації основних рухомих носіїв зарядів і є великим за вели­чиною.

Таким чином,^-« перехід має вентильні властивості (від німецького слова ven/zV-клапан), тобто при прямому вмиканні його опір малий, а при зворотньому - значний.

<np І

BAX

изв і	І '38 . V	/	— S.	/ ^
	f 1	\
	V3		<Рк
	\ к
\	/39

Оскільки yp-n переходу явно вира­жені нелінійні властивості, то залежність струму, що через нього протікає, від прикла-деної напруги ілюструють за допомогою вольт-амперної характеристи­ки (BAX).

Теоретична BAX p-n
переходу показана на
Рис. 1.7. Вона має пря-
^мУ(1)тазворотню(2,3)
^Плки- Рис. 1.7 - Теоретична BAX p-n переходу

 

 

 

Якщо напруга прямого вмикання U <ф, через перехід, опір якого великий, тече малий струм. Як тільки зі збільшенням U_n воно досягне величини U_n =ф_у, запірні властивості p-n переходу зникають і струм через перехід визначається лише провідністю p- і n- областей.

При зростанні від нуля зворотної напруги U , швидкість руху не-основнихносіївчерезперехідзростає.При^ =U швидкістьрухомих носіїв така, що їх енергії вистачає для виникнення в матеріалі ударної іонізації - вибивання додаткових носіїв заряду. Внаслідок цього відбу­вається лавиноподібний зріст зворотнього струму. Це явище називаєть­ся електричним пробоєм^-и переходу, a U - напругою пробою. Якщо при цъомур-n перехід ефективно охолоджується, різке зростання по­тужності, що в ньому виділяється(^/ 7 ), не призводить до суттєвих змін температури структури і електричний пробій протікає при незмінній напрузі. Це явище має зворотний характер. Тобто, при зниженні U запірні властивості p-n переходу відновлюються (гілка 2 BAX).

Явище електричного пробою використовується, наприклад, при ство­ренні такого НП приладу, як стабілітрон.

При неефективному тепловідведенні, температура структури зрос­тає (кількість рухомих носіїв при цьому збільшується за рахунок теп­лової генерації), доки електричний пробій не переходить у тепловий, коли матеріал розплавляється \p-n перехід руйнується. Тепловий пробій, зрозуміло, незворотний (гілка 3 BAX).

Отже, p-n перехід - це явище, що виникає на межі двох НП різного типу провідності і характеризується відсутністю у прилеглій до цієї межі зоні вільних носіїв заряду, через що її-опір нескінченний. Тому^-л пере-хідщеназиваютьзапірнимшаром.

Насамкінець зазначимо властивості^-п переходу, які (в основному) використовуються при побудові електронних НП приладів:

1) одностороння провідність (вентильні властивості);

2) дуже великий опір зонир-п переходу як зони, де немає вільних
носіїв заряду (запірні властивості);

3) зміна ширинир-и переходу зі зміною величини зворотньої напру­
ги (як результат - зміна ємності^-n переходу);

4) стабільність напруги на^-n переході в режимі електричного пробою;

5) наявність неосновних носіїв (що виникають внаслідок теплової
генерації) в шарах^- і п-типу.

Контрольні питання до першого розділу :

1.Поясніть, що таке напівпровідники (чисті і домішкові).

2. Що таке p-n перехід?

3. Що таке пряме і зворотнє вмикання p-n переходу? Поясніть
поведінку p-n переходу при прямому і зворотньому вмиканні.

4. Що таке BAX і який вигляд вона має у p-n переходу?

5. Вкажіть властивості р-п переходу, які використовують при
побудові напівпровідникових електронних приладів.

РОЗДІЛ 2