Электронно-дырочный р-n переход

В зависимости от типа примесей, вводимых в полупроводник, их разделяют на два типа:

1. Полупроводники р-типа (positive), обладающие положительной проводимостью, обусловленной наличием избыточных положительных зарядов - дырок.

2. Полупроводники п-типа (negative), обладающие отрицательной проводимостью, обусловленной наличием избыточных электронов.

Под действием внешнего электрического поля эти избыточные заряды приобретают направленное движение, образуя ток, называемый дрейфовым.

Основным структурным элементом большинства полупроводниковых приборов является электронно-дырочный (р-n) переход, образующийся в области контакта полупроводников р- и n-типа (рисунок 2.4). Свойства этого перехода в основном и определяют принцип действия и функциональные возможности полупроводниковых приборов. В области контакта полупро­водников с различным типом проводимости происходит взаимная диффузия противоположных зарядов и их рекомбинация. Следовательно, в области контакта образуется тонкий слой, в котором отсутствуют свободные заряды.

В пределах р-n перехода возникает электрическое поле с контактной разностью потенциалов j_б, называемой барьерным потенциалом, препятст­вующее дальнейшему взаимному обмену зарядов между полупроводниками.

Рис.2.4 Электронно-дырочный переход

Подключение к р-n переходу внешнего источника способно влиять на величину барьерного потенциала j_б и на толщину обедненного слоя, а, следовательно, и на величину тока, протекающего через р-n переход.

При подаче на кристалл р-типа плюса источника, а на n-типа - минуса источника величина j_б уменьшится, так как результирующий потенциал равен j= j_б - j_вн. Это вызовет уменьшение толщины обедненной области, а при | j_вн | > j_б эта область исчезнет, сопротивление р-n перехода резко уменьшится, и через него будет протекать ток, в основном определяемый внешними цепями. В этом случае принято говорить, что р-n переход смещен в прямом направлении.

Если полярность внешнего источника поменять, то обедненная область расширится, и ее сопротивление возрастает. В этом случае через р-n переход будет протекать очень незначительный обратный ток, обусловленный примесями в кристалле полупроводника. При этом включении принято говорить, что р-n переход смещен в обратном направлении.

Вольт-амперная характеристика р-n перехода, характеризующая зависимость величины тока через р-n переход от величины и знака напряжения, приложенного к нему, приведена на рисунке 2.5.

Рис. 2.5 Вольт-амперная характеристика р-n перехода

Обратный ток перехода на несколько порядков меньше прямого, а для кремния (Si) на 2... 3 порядка меньше, чем у германия (Ge).

Когда величина обратного напряжения достигнет некоторого критического значения, обратный ток через переход резко возрастает. Это явление называется пробоем диода.

Различают два вида пробоя: электрический (участок 1) и тепловой (участок 2). Электрический пробой не вызывает разрушение р-n перехода и используется в стабилитронах, а тепловой пробой - необратимое явление, сопровождаемое разрушением, р-n перехода.

Максимально-допустимая температура для германиевых диодов составляет 80... 100°С, а для кремниевых - 150... 200°С.

В настоящее время промышленностью выпускается большая номенклатура полупроводниковых приборов с одним р-n переходом, называемых диодами. Основные типы диодов и условно-графическое их обозначение приведены в таблице 2.1.

Таблица 2.1 Основные типы диодов

Дата добавления: 2014-01-03