Главная | Обратная связь

ПОЛУПРОВОДНИКОВЫЕ ДИОДЫ

Исследование свойств веществ 4-6 группы периодической системы элементов Менделеева показало, что ряд веществ, таких как германий, кремний, селен, теллур, индий, мышьяк имеют проводимость, значительно зависящую от внешних факторов (температура, освещенность, электрические и магнитные поля, механическая нагрузка и т. д). Это обстоятельство не позволяет отнести указанные вещества к группе диэлектриков или проводников, поэтому они отнесены к группе полупроводников.

При введении в чистый полупроводник вещества другой валентности первый вырождается в проводник р- или n-типа, с сохранением полупроводниковых свойств. Такие полупроводники называются примесными и являются проводниками, но при этом их удельное сопротивление продолжает зависеть от внешних факторов.

При контакте полупроводников р- и n-типа образуется электронно-дырочный переход с особыми свойствами. Этот тонкий переход под действием внешнего электрического поля обладает несимметричной проводимостью в разных направлениях, так как на границе их раздела возникает потенциальный барьер, образованный сконцентрированными здесь объемными зарядами. Из рис.1.1 видно, что в области р-n-перехода возникает внутреннее электрическое поле, связанное с наличием объемных электрических зарядов в областях близких к р-n переходу. Высота потенциального барьера зависит от концентрации свободных зарядов, созданных примесями, введенными в полупроводники:

где - тепловой потенциал, N_n и P_p – концентрация электронов и дырок в р и n областях, n_i – концентрация свободных носителей в полупроводнике, не имеющем примесей.

Контактная разность потенциалов создает нелинейность в вольт-амперных характеристиках (ВАХ) полупроводниковых приборов. Так для германиевых диодов контактная разность потенциалов составляет , а для кремниевых диодов . При прямом включении полупроводникового диода основным носителям зарядов необходимо преодолеть потенциальный барьер, поэтому при малых прямых напряжениях полупроводниковый диод плохо проводит ток. Когда прямое напряжение превысит уровень потенциального барьера, диод почти не оказывает сопротивления, и прямой ток резко нарастает.

При обратном включении полупроводникового диода высота потенциального барьера растет, что приводит к торможению основных носителей зарядов, т. е. сопротивление диода значительно возрастает.

Из вышеизложенного следует, что при прямом включении диода и малых прямых напряжениях сопротивление диода велико. При прямом напряжении, которое выше потенциального барьера, сопротивление диода значительно падает. Полупроводниковый диод не обладает постоянным сопротивлением. Оно зависит от величины и полярности приложенного напряжения, следовательно, диод обладает дифференциальным сопротивлением, и его сопротивление является функцией приложенного напряжения Дифференциальное сопротивление диода при определенном напряжении определяется по формуле:

,

где - котангенс угла наклона касательной к кривой ВАХ при определенном напряжении u_бэ (рис. 1.2).

Полупроводниковый диод обладает односторонней проводи мостью, т. е. в прямом направлении он способен пропускать значительный ток и плохо проводит его в обратном направлении рис. 1.2.

Наряду с односторонней проводимостью полупроводниковый диод можно рассматривать и как конденсатор. Два проводника (р- и n-области) разделенные диэлектриком (запирающий слой) являются конденсатором. Между р и n областями существует барьерная емкость, величина которой зависит от приложенного напряжения. Известно, что емкость плоского конденсатора обратно пропорциональна расстоянию между токопроводящими пластинами. С ростом обратного напряжения ширина запирающего слоя диода растет, что приводит к падению его барьерной емкости. На этом принципе основана работа полупроводникового варикапа, основой которого является полупроводниковый диод.