Золотая педагогика

Примеры полупроводниковых приборов

Страница 1

Полупроводники по величине электропроводности занимают промежуточное положение между металлами и диэлектриками. К полупроводникам относятся элементы 4 группы таблицы Менделеева, а также соединения элементов 3 и 5 групп. Наиболее употребительные полупроводниковые материалы при комнатной температуре обладают сравнительно малой электропроводностью, которая обусловлена двумя механизмами переноса заряда. Первый механизм состоит в движении по полупроводниковому образцу т.н. свободных электронов и называется электронной электропроводностью. Второй механизм заключается в движении несвободных - валентных электронов, которые при наличии вакансий в валентной зоне могут перескакивать от атома к атому и тем самым двигаться по объему полупроводника. Данный механизм электропроводности называется дырочным. Это название обусловлено тем, что эстафетное движение валентных электронов от атома к атому представляется как встречное движение положительно заряженных частиц, называемых дырками.

В чистом полупроводнике число свободных электронов совпадает с числом энергетических вакансий в валентной зоне, т.е. с числом дырок. В виду малого их числа собственная электропроводность чистых полупроводников весьма мала. Однако специальными примесями, добавляемыми в полупроводник, можно либо увеличить концентрацию свободных электронов (в этом случае примесь называется донорной) и тем самым увеличить электронную проводимость, либо увеличить концентрацию вакансий в валентной зоне (такая примесь называется акцепторной) и, следовательно, увеличить дырочную проводимость полупроводника. Электропроводность, обеспечиваемая примесями, называется примесной. Ничтожного количества примеси оказывается достаточно для того, чтобы примесная электропроводность полупроводника на несколько порядков превышала его собственную. Поэтому свободные электроны или дырки, обусловленные примесью, называются основными носителями заряда, а собственные свободные носители заряда полупроводника - неосновными.

Для концентрации свободных электронов - n и дырок - p в полупроводнике справедлива т.н. формула полупроводника:

pn=ni2= pi2, (1.1)

в которой ni – собственная концентрация свободных электронов - в чистом полупроводнике, равная собственной концентрации дырок - pi. (При комнатной температуре ni≈1.5*1016 м-3). Формула показывает, что, увеличивая за счет примеси концентрацию свободных носителей заряда одного знака, мы уменьшаем концентрацию противоположных носителей. Кроме того, добавляя в полупроводник с какой-либо преимущественной примесной электропроводностью противоположную примесь, можно подавить имеющейся тип электропроводности и создать противоположный тип. Этим приемом пользуются для получения в объеме полупроводникового образца граничащих друг с другом областей, с противоположным типом электропроводности – p-n-переход.

Рассмотрим некоторые свойства p-n-перехода, схематично показанного на рис.1.1(а). Без существенной погрешности можно считать, что концентрация свободных электронов в области с n проводимостью совпадает с концентрацией там донорной примеси (n=Nд). Аналогично, концентрация дырок в р области будет равна концентрации акцепторной примеси в данной области ( p=Nа). Кроме того, мы будем полагать концентрацию примесей в областях равномерной, а сам переход резким, как показано на графике (рис.1.1б) концентраций.

Тепловое движение свободных электронов и дырок приведет к их преимущественному движению из областей большей концентрации в области, где их концентрации меньше (диффузия). В результате свободные электроны будут диффундировать в р область, а дырки в область с n проводимостью. (Мы должны представлять, что диффузия дырок – это противоположное движение валентных электронов). Такое направленное движение заряженных частиц представляет собой диффузионный ток. Если бы электроны и дырки не имели электрического заряда, их диффузия продолжалась бы до полного выравнивания концентраций. Однако перенося свой заряд, они заряжают область n положительно, а область р – отрицательно, создавая тем самым электрическое поле и разность потенциалов между областями. Электростатические силы, действующие со стороны этого поля на основные свободные носители заряда, направлены против диффузии последних и ослабляют диффузионный ток через переход. В результате наступает равновесие, при котором ослабленный полем диффузионный ток компенсируется встречным т.н. дрейфовым током, созданным этим же контактным электрическим полем, которое действует на неосновные носители – свободные электроны в р-области и дырки в n-области.

Страницы: 1 2 3

Еще по теме:

Развитие связной речи у детей в онтогенезе
Вопросы развития связной речи изучались в разных аспектах многими педагогами (К.Д.Ушинский, Е.И.Тихеева, Е.А.Флёрина, А.М.Леушина, А.М.Бородич и др.), психологами (С.Л.Рубинштейн, Л.С.Выготский, А.А.Леонтьев, Д.Б.Эльконин и др.) и логопедами (А.В.Ястребова, Т.А.Ткаченко, Т.Б.Филичева, В.К.Воробьева ...

Категории

© 2018 Copyright www.sotbay.ru