Свойства электронно-дырочного перехода

Если ширина граничной зоны p-n -перехода L, а напряжённость внутреннего поля , то в граничной зоне существует разность потенциалов. .

К р-n -переходу можно подключить источник напряжения U одним из двух способов: а) прямое включение; б) обратное включение.

А. Прямое включение:

В р-n -переходе создаётся внешнее поле , тогда результирующее поле: , или . Если или , то поле Е внутри р-n -перехода будет вызывать прохождение тока, уменьшение граничной зоны и рассасывание её связанного заряда. При этом дырки движутся из р - в n -область, электроны – обратно.

Вольт-амперная характеристика (ВАХ) р-n- перехода при прямом включении имеет вид:

U _пор – напряжение, при котором через р-n -переход начинает протекать ток (пороговое). U _пор = 0,2–0,8 В.

Б. Обратное включение:

В р-n -переходе создаётся результирующее поле , или Е = Е _вн + + Е _внеш, ток не протекает, граничная зона расширяется, её связанный заряд растёт. При определённом значении U _внеш = U _пробоя р-n -переход начинает проводить ток (ток пробоя), при этом из р -области вырываются электроны, из n -области – дырки.

В большинстве случаев при пробое р-n -переход разрушается. Таким образом, полная ВАХ р-n -перехода имеет вид:

Из ВАХ р-n -перехода видно, что на его основе можно изготовить прибор, пропускающий ток только в одном направлении.

 

 

Полупроводниковый диод

П/п диоды применяют в цепях, где надо обеспечить прохождение тока только в одном направлении, т. е. диод работает в режиме вентиля.

Диод содержит р-n -переход с металлическими выводами, заключённый в герметичный корпус. Вывод от р -области – анод, от n -области – катод.

а) прямое включение: б) обратное включение:

ток протекает ток не протекает

· Диоды широко применяют в электротехнике и радиоэлектронике.

Полупроводниковый триод (транзистор)

На основе взаимодействия двух р-n -переходов изготавливают п/п транзистор. Он состоит из трёх областей (р-n-р или n-p-n), образующих два р-n -перехода: 1 – эмиттер Э; 2 – коллектор К; 3 – база Б.

Для создания транзисторов с хорошими характеристиками необходимо, чтобы:

1) эмиттер был легирован гораздо сильнее базы (чтобы в нём создавалось много носителей зарядов);

Легирование – добавление примесей;

2) толщина базы была меньше длины свободного пробега носителей заряда (чтобы они не успевали рекомбинировать в базе).

Для нормальной работы транзистора на переход ЭБ подают прямое напряжение (прямое смещение), а на переход БК – обратное.

Работа p-n-p транзистора

1. Переход ЭБ смещён в прямом направлении, по нему протекает ток I _Э, образованный в основном дырками (эмиттер р -типа легирован гораздо сильнее базы).

2. Пройдя базу, дырки попадают в поле, созданное U _КБ, захватываются им и через коллектор идут к отрицательному полюсу источника U_КБ.

3. Рекомбинировать в базе носители не успевают, поэтому I _Э» I _К, причём U _КБ >> U _БЭ, т.е. при одинаковом токе мощность на сопротивлении R _H в цепи коллектора Р _К = I _К U _КБ гораздо больше мощности в цепи эмиттера Р _Э = I _К U _ЭБ.

Сигнал в цепи коллектора по характеру изменения тока повторяет сигнал цепи эмиттера, но по мощности значительно его превосходит, т. е. транзистор – усилитель.

· Устройство, работа и подключение p-n-p и n-p-n транзисторов аналогичны с той лишь разницей, что источники питания U _БЭ и U _КБ для n-p-n транзистора включают в обратной полярности и основными носителями в нём являются электроны.

· Усиление происходит за счёт энергии внешнего источника питания U _КБ и закон сохранения энергии не нарушается.

· Транзисторные усилители широко применяют в радиоэлектронике.