Здавалка
Главная | Обратная связь

Основные теоретические сведения



В зависимости от способности проводить электрический ток все твердые тела делятся на _______________, полупроводники и _______________.

Полупроводниками являются вещества, занимающие промежуточное положение между __________________ и ___________________ по своей способности проводить электрический ток.

Граница между полупроводниками и ______________________ условна, так как _______________________ при соответствующем значительном повышении температуры становятся подобными полупроводникам, а чистые полупроводники при весьма низкой температуре ведут себя как ________________.

Характерной особенностью полупроводников является необычайно- высокая чувствительность к примесям. Чем лучше очистка полупроводника, тем __________ его удельное сопротивление. При 300 К (27°С) удельное сопротивление германия 47 Ом/м. Но достаточно добавить к 108 атомам германия один атом примеси, и его удельное сопротивление снижается до 4 Ом/м.

В чистых полупроводниках (без примесей), находящихся при низких температурах, свободные электроны (электроны проводимости) отсутствуют, так как все они участвуют в образовании связей между атомами кристаллической решетки. Для того чтобы валентный электрон стал электроном проводимости и мог принимать участие в переносе заряда, необходимо сообщить атому дополнительную энергию. Это можно осуществить путем повышения __________________ полупроводника или воздействуя на него __________________.

Процесс отрыва электрона от нейтрального атома сопровождается образованием на его месте вакансии, которую называют ____________ (рис. 1).

В чистом полупроводнике число электронов проводимости равно числу __________. В результате теплового возбуждения электроны соседних нейтральных атомов могут переходить на вакантное место. Такое коллективное поочередное движение электронов, находящихся в основном в положении равновесия около атомов, можно представить в виде встречного потока положительно заряженных частиц, называемых __________. Перемещение, как свободных электронов, так и ___________ в отсутствие электрического поля носит _________________ характер.

Если к полупроводнику приложить определенную разность потенциалов, то возникает упорядочивающее электрическое поле и движение _________ и электронов примет __________________ характер. Электроны будут перемещаться в сторону ____________ потенциала (против направления линий напряженности внешнего электрического поля), а дырки - в сторону _______________ потенциала (вдоль направления линий напряженности поля). Таким образом, в чистом полупроводнике имеется два вида проводимости - электронная и дырочная. Электронная проводимость ( ___- типа) обусловлена движением свободных электронов, а дырочная ( ___- типа) - коллективным движением связанных с атомами валентных электронов.

Собственной проводимостьюназывается электропроводность веществ, обусловленная свободными электронами и дырками, образовавшимися в ___________ количествах при ___________ движениях атомов.

В практических целях чаще используются полупроводники с добавками других элементов - примесей, наличие которых приводит к преобладанию одного из типов проводимости.

Так, если к четырехвалентному германию добавить незначительное количество пятивалентного мышьяка или сурьмы, то в нем образуется избыток слабосвязанных с ядром ______________ (рис. 2). Обусловлено это тем, что четыре валентных электрона примеси участвуют в создании химической связи с атомом германия, а пятый валентный электрон оказывается слабо связанным с атомом примеси, поэтому он легко становится «свободным». Эти электроны уже при комнатной температуре могут принимать участие в создании тока проводимости.

Примеси, добавление которых к собственному полупроводнику приводит к увеличению концентрации свободных электронов, называются донорными, а проводимость в этом случае будет ________________ (n-типа).

Добавление к германию примеси с валентностью, равной трем, например, бора или индия, приводит к повышению концентрации __________ (рис. 3). Объясняется это нехваткой у атома индия одного электрона для установления прочной связи с атомом германия, при этом между этими двумя атомами получается незаполненная валентная связь, или «дырка». Число дырок в кристалле равно числу ___________ примеси.

Примеси, при добавлении которых к чистому полупроводнику возрастает концентрация дырок, называются акцепторными, а проводимость будет _____________ (p-типа).

Примеснойназывается проводимость, обусловленная присутствием в полупроводнике ____________ какого-либо типа.

Большая часть полупроводниковых приборов работает на основе электронно-дырочного перехода, который представляет собой границу между двумя областями полупроводника, одна из которых p – типа, а другая n – типа. Создание такого перехода осуществляется, например, ________________ способом или путем ______________ имплантации (ионной бомбардировкой поверхности полупроводника с последующим высокотемпературным отжигом).

В p - области перехода основными носителями являются __________, а неосновными - ____________. В n – области, наоборот, основными носителями являются ________________, а неосновными - __________. Следовательно, в каждой области концентрация основных носителей много больше концентрации неосновных носителей заряда и в области контакта полупроводников с различным типом проводимости существует градиент концентрации электронов и дырок, вызывающий их диффузию через пограничный слой во встречных направлениях.

В результате ухода электронов и дырок из атомов в приконтактных областях возникает область положительно и отрицательно заряженных ионов (доноров и акцепторов) – _________________________ слой. Этот слой обладает большим сопротивлением, так как в нем отсутствуют свободные носители заряда. Сами электроны и дырки, перейдя в соседние области p-n перехода, рекомбинируют (нейтрализуются) там с основными носителями. Таким образом, на границе двух полупроводников появляется контактное поле напряженностью Ek (рис. 4).

Направление контактного поля таково, что оно _________________ дальнейшему переходу через двойной слой основных носителей с той и другой стороны p-n перехода и, наоборот, ____________ переносу неосновных носителей.

Если на p - полупроводник подать положительный потенциал, а на n - полупроводник - отрицательный, то двойной слой обогатится __________________ носителями заряда и его сопротивление снизится (прямое смещение p-n перехода). Если на p - область подать отрицательный потенциал, а на n - область - положительный, то _____________ носители заряда будут оттягиваться от области двойного электрического слоя, ширина его увеличится и сопротивление возрастет (обратное смещение перехода). Ток через p-n переход будет мал и обусловлен движением ________________ носителей заряда, концентрация которых незначительна. Такой ток называют обратным или тепловым. Таким образом, сопротивление p-n перехода при одном направлении тока больше, чем при другом, следовательно, p-n переход хорошо пропускает ток только в _____________ направлении (обладает выпрямляющими свойствами). Эти свойства легли в основу работы полупроводникового диода - полупроводникового прибора с одним p-n переходом и двумя выводами. Электронно-дырочный переход нельзя получить, наложив одну на другую пластины, изготовленные из полупроводников с различной примесной проводимостью, так как между пластинами неизбежно наличие поверхностных пленок или очень тонкого слоя воздуха. Такой переход создается лишь посредством образования областей с различными электропроводностями в одной пластине полупроводника методом ________________.

Важнейшее значение в теории полупроводниковых приборов представляет аналитическая зависимость между напряжением, приложенным к p-n переходу и возникающим при этом током. Такая зависимость называется ___________________________ характеристикой p-n перехода (диода) и описывается уравнением:

(1)

где - тепловой ток p-n перехода,

- приложенное к переходу напряжение (учитывает знак)

- температурный потенциал, определяемый по формуле:

(2)

где - постоянная Больцмана,

- абсолютная температура среды

е - заряд электрона.

Анализ выражения (1) для комнатных температур ( 300 К, В) показывает следующее. При прямых напряжениях, превышающих 0,1 В, можно пренебречь ____________ по сравнению с ___________________ составляющей, а при отрицательных напряжениях В, наоборот, значение ___________________ составляющей становится пренебрежимо малым по сравнению с _____________. Следовательно, график роста прямого тока через полупроводниковый диод с увеличением прямого напряжения представляет собой экспоненциальную кривую. При обратном включении ток через диод становится очень малым, определяется только тепловым током и не зависит от _________________. Таким образом, величина и направление тока, протекающего через p-n переход (диод), зависят от величины и знака приложенного к переходу напряжения.

На рис. 5 приведена вольт-амперная характеристика идеального полупроводникового диода. Для реальных диодов вольт-амперная характеристика может иметь несколько иной, но похожий вид.

При прямом токе характеристика имеет вид круто восходящей вет ви. На участке 1 Евн ___________ Езап и прямой ток мал. На участке 2 Евн ___________ Езап запирающий слой отсутствует, ток определяется только сопротивлением полупроводника. В обратном направлении ток быстро достигает насыщения и не изменяется до некоторого предельного обратного напряжения Uпр, после чего резко возрастает. На участке 3 запирающий слой препятствует движению _____________ носителей, а небольшой ток определяется движением ________________ носителей заряда. При напряжении, большем предельного (Uпр), наступает пробой p-n перехода и обратный ток Iобр быстро растет (участок 4). Напряжение Uпр еще называют напряжением ____________ или _____________ напряжением диода. Напряжение ____________ диода – это одна из характеристик, определяющих его режим работы. При использовании диодов в выпрямительных устройствах работа при обратных напряжениях, близких к Uпр, не допускается, так как может привести к __________________________. В этом случае p-n переход «выгорает» и диод становится ______________, одинаково хорошо пропускающим ток в обоих направлениях.

 

Критерий оценки, % Оценка
1 0т 91до 100 отлично
2 От 81 до 91 хорошо
3 От 71 до 81 удовлетворительно
4 От 0 до 71 неудовлетворительно
Блок содержит 58 подготовленных пропусков

 

Контрольные вопросы

Вопросы на «удовлетворительно»

 

1. Полупроводниками называются...

2. Электрическим током называется...

3. Удельное сопротивление показывает...

4. Единицей измерения удельного сопротивления в СИ является

5. Удельное сопротивление полупроводника с ростом количества примесей в нем...

6. Удельное сопротивление полупроводника с ростом количества донорных примесей в нем...

7. Удельное сопротивление полупроводника с ростом количества акцепторных примесей в нем...

8. Дыркой" в теории проводимости полупроводников называется...

9. В полупроводнике без примесей число электронов проводимости равно числу...

10. Во внешнем электрическом поле "дырки" движутся...

11. Во внешнем электрическом поле электроны проводимости полупроводника движутся...

12. Без внешнего электрического поля электроны проводимости в объеме полупроводника...

13. Без внешнего электрического поля электроны проводимости в объеме полупроводника движутся ...

14. Без внешнего электрического поля "дырки" в объеме полупроводника движутся ...

15. Электропроводимость полупроводника, обусловленная движением свободных электронов, называется электронной или проводимостью...

16. Электропроводимость полупроводника, обусловленная движением "дырок" , называется дырочной или проводимостью...

17. Электропроводность в полупроводниках, обусловленная свободными электронами и "дырками", образовавшимися в равных количествах при тепловых движениях атомов, называется...

18. Донорными называются примеси, добавление которых к собственному полупроводнику приводит к...

19. Акцепторными называются примеси, добавление которых к собственному полупроводнику приводит к...

20. Электропроводность в полупроводниках, обусловленная присутствием примесей какого-либо типа, называется...

21. Примесной проводимостью полупроводника называется...

22. Собственной проводимостью полупроводника называется...

23. p - n переходом называется...

24. Создание p - n перехода в полупроводниках осуществляется способом...

25. Число дырок в полупроводнике при добавлении акцепторной примеси равно числу...

26. Аналитическая зависимость между напряжением приложенным к p - n переходу и протекающим по нему током называется ...

27. Зависимость силы тока через p - n переход от приложенного напряжения описывается уравнением…

28. При увеличении температуры электрическое сопротивление полупроводниковых материалов...

29. При длительном прохождение прямого тока величина электрического сопротивления диода...

Вопросы на «хорошо»

1. Нарисуйте вольтамперную характеристику идеального диода и поясните: на каком участке выполняется закон Ома, на каком участке вольт-амперной характеристики сопротивление диода остается почти постоянным, где ток обусловлен основными носителями заряда, где ток обусловлен неосновными носителями заряда, что произойдет при напряжении пробоя диода?

2. Поясните ситуацию если в полупроводниковом диоде на p - полупроводник подать положительный потенциал, а на n - полупроводник – отрицательный.

3. Поясните ситуацию если в полупроводниковом диоде на n - полупроводник подать положительный потенциал, а на p - полупроводник – отрицательный.

4. Зачем изменяют схему включения приборов, когда измеряют силы прямого и обратного токов в диоде?

Вопросы на «отлично»

1. Поясните устройство и принцип работы вакуумного диода.

2. Дайте сравнительный анализ вольт-амперных характеристик полупроводникового и вакуумного диодов. В чем их преимущества и недостатки?

3. Один конец полупроводникового стержня нагрели, другой - охладили, при этом горячий конец зарядился отрицательно, а холодный – положительно. Полупроводником какого типа является этот стержень и почему?

4. Поясните устройство и принцип работы выпрямителя переменного электрического тока, изготовленного из одного диода.

5. Поясните устройство и принцип работы выпрямителя переменного электрического тока, изготовленного из двух диодов.

6. Поясните устройство и принцип работы выпрямителя переменного электрического тока, изготовленного из четырех диодов.

7. Поясните устройство и принцип работы умножителя напряжения, изготовленного при помощи диодов.







©2015 arhivinfo.ru Все права принадлежат авторам размещенных материалов.