Раздел 8. Полупроводниковые приборы.

Полупроводники – это материалы, которые по проводимости занимают промежуточное положение между проводниками и диэлектриками.

Все полупроводниковые приборы выполнены на основе диэлектриков (кремний Si, германий Ge, селен Se и др.), в которые для получения проводимости внедряются другие химические элементы.

Рассмотрим свойства полупроводников на примере кремния. В первом разделе было показано, что для проводимости электрического тока в материале должны быть свободные заряды (в металлах – это свободные электроны). Ядра атомов кремния, находясь в узлах кристаллической решетки, на внешней орбите имеет по 4 электрона (внешние электроны называются валентными, т.е. кремний является 4-х валентным элементом), что создает прочные связи между ними. Поэтому кремний в чистом виде является диэлектриком.

Для создания проводимости в структуру кремния (или германия) можно внедрить 5-ти валентное вещество (с 5-ю электронами на внешней оболочке), такие как мышьяк As, фосфор Р, сурьма Sb. При этом каждый пятый электрон становится свободным и может участвовать в проводимости. Проводимость, образованная этими избыточными электронами, называется электронной проводимостью или проводимостьюn-типа (от латинского слова negative – отрицательный).

Создать проводимость, также можно внедряя в структуру кремния 3-х валентное вещество (алюминий Al, бор B, индий In). При этом в месте отсутствия каждого 4-го электрона образуется область, имеющая положительный заряд, которая называется дыркой. Особенностью такой структуры является то, что любой из ближайших электронов может легко занять место дырки, т.е становится как бы свободным, а дырка при этом, перемещаясь, занимает его место. Проводимость, созданная таким образом называется дырочной или проводимостью р-типа (от латинского слова positive – положительный).

Все полупроводниковые приборы (диоды, транзисторы, тиристоры и т.п.) выполнены путем соединения двух или более материалов с разными типами проводимости.

8.2. Электронно-дырочный переход.

При соединении материалов с электронной и дырочной проводимостью, пограничные электроны пересекают границу, занимая места дырок (а их места занимают дырки), и образуя устойчивый запирающий слой,который называетсяр-n переход.

Прим. На самом деле электронно-дырочный переход получают не простым соединением полупроводников с разным типом проводимости, а введением соответствующих примесей различными технологическими способами в левую и правую части исходного чистого кристалла. Для полупроводниковых приборов используют монокристаллы кремния и германия, имеющие высокую степень чистоты.

Если приложить напряжение полярностью, совпадающей с полярностью запирающего слоя (т.е. «+» к n– области, а «–» к р– области), то запирающий слой будет «расти», препятствуя движению электронов к «плюсу» т.е. прохождению тока. Такое включение называют обратным.

При изменении полярности, т.е. если она не совпадает с полярностью запирающего слоя («+» к р-области, «–» к n -области), запирающий слой будет «таять», переставая быть препятствием для тока. Такое включение называют прямым.