Физические основы электронных полупроводниковых приборов

Обозначение электронных ламп

Первое число – округленное значение напряжения накала; чаще всего – 6 (Uн = 6,3В).

Второй элемент – буква – условное обозначение лампы:

Д – диод,

Ц – кенатрон,

Х – двойной диод,

С – триод,

Н – двойной триод,

Э – тетрод,

П – НЧ-пентод, лучевой тетрод,

Ж,К – ВЧ-пентод,

Г – диод-тетрод,

Б – диод-пентод,

Ф – триод-пентод.

Третья цифра – номер разработки.

Четвертый элемент – буква – конструкция лампы (пальчиковая).

Раздел 2 Электронные полупроводниковые приборы

К полупроводникам относятся вещества, удельная электрическая проводимость которых занимает промежуточное положение между проводниками и диэлектриками. Рабочей средой полупроводникового прибора является твердое тело – монокристалл полупроводника. Атомы твердого тела образуют кристаллическую решетку и совершают тепловые колебания около равновесных точек – узлов решетки. Каждый атом твердого тела состоит из положительно заряженного ядра и электронов, вращающихся вокруг атома по своим орбитам. При этом носителями заряда являются электроны не связанные с атомами.

Согласно электронной теории в металлах (проводниках) валентные электроны легко отделяются от атомов и беспорядочно перемещаются внутри металла, образуя «электронный газ». При возникновении электрического поля внутри металла, электроны начинают перемещаться в заданном направлении и образуют электрический ток.

Многие электрофизические свойства твердого тела зависят от характера распределения электронов по энергетическим состояниям (оболочкам), которые называются энергетическими уровнями. Эти разрешенные энергетические уровни отделены друг от друга запрещенными интервалами энергии, которыми не может обладать электрон. Совокупность уровней образует энергетический спектр электронов в атоме.

В невозбужденном состоянии, электроны находятся на ближайший к атому оболочках. В возбужденном состоянии, когда атом поглощает энергию, электроны могут переходить на более высокий уровень, либо вовсе покинуть атом.

В твердом теле атомы расположены настолько близко друг к другу, что их внешние электронные оболочки соприкасаются и перекрывают друг друга. При этом энергетические уровни смещаются и расщепляются, образуя различные зоны.

Разрешенная энергетическая зона – область перемещения электронов при наименьшей затрате энергии. Таких зон, как правило, бывает несколько. Разрешенные зоны твердого тела могут быть в различной степени заполнены электронами.

Разрешенная зона, в которой при температуре абсолютного нуля все энергетические состояния заняты, называется заполненной.

Разрешенная зона, в которой при температуре абсолютного нуля электроны отсутствуют, называется свободной.

Запрещенная зона – область разделяющая разрешенные зоны и требующая больших затрат энергии для перемещения электронов.

Свободная зона, на уровнях которой в возбужденном состоянии могут находиться электроны, называется зоной проводимости.

В полупроводниках верхняя зона из заполненных называется валентной.

			Частично заполненная зона
		Разрешенная зона
		Запрещенная зона
				Заполненная зона

Рис.1 Энергетические диаграммы

В металлах все внутренние зоны заполнены полностью, а валентная зона заполнена электронами наполовину. Незаполненная валентная зона натрия является так же и зоной проводимости. Электрон, находящийся в зоне проводимости называется электроном проводимости.

Энергетические зоны для двухвалентных металлов показаны на рисунке. Здесь валентная заполненная зона перекрывает зону проводимости. В результате образуется широкая гибридная зона, частично заполненная электронами.

Металлы, валентная и гибридная зона которых занята электронами не полностью, хорошо проводят электрический ток. При этом, удельное сопротивление металлов с повышением температуры увеличивается. Зависимость электропроводности металла от температуры обусловлена изменением подвижности электронов.

В отличии от металлов диэлектрики не имеют частично заполненных электронами зон рисунке. При температуре абсолютного нуля валентная зона диэлектриков заполнена электронами полностью, а более высокая зона разрешенных уровней совершенно свободна. При этом запрещенная зона достаточно широка. Поэтому при температуре абсолютного нуля, отсутствии света и несильном внешнем электрическом поле диэлектрик является изолятором. При повышении температуры электроны могут переходить в зону проводимости, но при комнатной температуре такие токи очень малы. Таким образом, при повышении температуры электропроводность металлов и диэлектриков растет. Удельное сопротивление диэлектрика тем выше, чем шире запрещенная зона.

Полупроводники имеют аналогичную с диэлектриками структуру энергетических зон и механизм возбуждения электропроводности. Разделение твердых тел на проводники и диэлектрики условно. Так как при достаточно высоких температурах диэлектрик ведет себя как полупроводник, а любой чистый полупроводник при весьма низких температурах подобен диэлектрику. Обычно к полупроводникам относят твердые тела, ширина запрещенной зоны которых не превышает 1,5 – 2 эВ.

Выводы

1. К полупроводникам относятся вещества, удельная электрическая проводимость которых занимает промежуточное положение между проводниками и диэлектриками.

2. Рабочей средой полупроводникового прибора является твердое тело – монокристалл полупроводника.

3. Энергетические уровни– это зоны, определенным образом сосредоточенных, электронов.

4. Зоны бывают разрешенные, запрещенные и зоны проводимости.

5. Разрешенные зоны бывают: свободные, заполненные, валентные, гибридные.

Контрольные вопросы.

1. Какие вещества называются полупроводниковыми?

2. Какое вещество называют рабочей средой полупроводника?

3. Поясните процесс образования энергетических уровней вокруг атома полупроводникового вещества.

4. Перечислите возникающие энергетические и зоны и поясните и характерные особенности.

5. Какова структура энергетических зон в металлах?

6. Перечислите вещества, относящиеся к проводникам, полупроводникам и диэлектрикам.

Дата добавления: 2014-01-06