Электронно-дырочный переход

Электропроводность – это свойство материалов проводить электрический ток.

Полупроводниками называют вещества, имеющие удельное электрическое сопротивление в пределах Ом*см и занимающие по электропроводности промежуточное положение между металлами и диэлектриками.

Для увеличения количества свободных зарядов и снижения удельного сопротивления полупроводника, а также для придания ему определенного типа электропроводности в чистые полупроводники вводят примеси. Этот процесс называется легированием.

Типы проводимости делятся на дырочную (р-полупроводники), у которых основные носители заряда – положительные ионы (дырки) и электронную (n-проводимость) – основные носители заряда электроны.

ОСНОВНОЕ ЗНАЧЕНИЕ для работы полупроводниковых приборов имеет электронно-дырочный переход, который иначе называется p-n-переходом.

Электронно-дырочным переходом называют область на границе двух полупроводников, один из которых имеет электронную, а другой – дырочную электропроводность.

Рисунок 1 - Схема p-n перехода

Образование p-n-перехода происходит так: до соприкосновения двух полупроводников с разными типами электропроводности электроны, дырки и неподвижные атомы расположены равномерно по всему объему полупроводника. При соприкосновении полупроводников в пограничном слое происходит рекомбинация электронов и дырок. В результате вблизи границы полупроводников образуется слой без свободных носителей заряда и обладающий высоким электрическим сопротивлением – запирающий слой. Ширина запирающего слоя зависит от концентрации ионов примесей.

В запирающем слое возникает разность потенциалов и электрическое поле Езап, препятствующее перемещению основных носителей заряда. При этом неосновные носители заряда имеют возможность движения. Они обеспечивают дрейфовый ток Iдр. Эти носители снижают контактную разность потенциалов и позволяют некоторой части основных носителе преодолеть потенциальный барьер и создать диффузионный ток Iдиф.

- состояние равновесия

Если двухслойный полупроводник включить в электрическую цепь и приложить прямое напряжение (²+² к р-области, а ²-² к n-области), то это напряжение практически все оказывается приложенным к запирающему слою. Из-за встречного направления Езап и Uпит результирующая напряженность поля в запирающем слое снижается и возрастает количество носителей заряда преодолевающих потенциальный барьер запирающего слоя. Ток в цепи резко возрастает с увеличением Uпит, это прямой ток. При обратном подключении перехода к питанию увеличивается результирующее поле в запирающем слое и диффузия основных носителей заряда через переход становится практически невозможной. Ширина запирающего слоя увеличивается, и через прибор протекает ток неосновных носителей заряда – обратный ток. Он значительно меньше прямого. Соотношение прямого и обратного токов p-n-перехода говорит об однонаправленной проводимости перехода, т.е. о его выпрямляющем действии. Зависимость тока через p-n-переход от приложенного напряжения называетсявольт-амперной характеристикой.

Рисунок 2 - ВАХ p-n перехода

Полупроводниковые диоды

Полупроводниковым диодом называется полупроводниковый прибор с одним p-n-переходом и двумя выводами, в котором используются свойства перехода.

По технологии изготовления диоды делятся на точечные и плоскостные.

На схемах диоды обозначаются так:

Рисунок 1 - Условное обозначение диода

Рассмотри процессы, происходящие при работе полупроводникового диода

Рисунок 2 - Схема работы диода

1. В зоне перехода образуется запирающая область.

2. Если приложить к переходу внешнее напряжение с полярностью «-»…«+» как на рисунке, то это приведет к расширению запирающего слоя, т. к. отведет от контактной зоны дырки и электроны, сопротивление перехода велико, ток через него мал (обусловлен движением неосновных зарядов)

Ток называется обратным, диод становится закрытым.

3. Если приложить напряжение Å… , толщина запирающего слоя уменьшается, диод становится открытым, ток протекает прямой.

Основная характеристика диода – это вольт-амперная характеристика (ВАХ) .

Основные эксплуатационные параметры диодов

1) Прямой ток Iпр и прямое напряжение Uпр.

2) Обратный ток Iобр и обратное напряжение Uобр.

3) Максимальное обратное напряжение (пробивное) и соответствующий ток.

4) Динамическое сопротивление диода rдин

Рисунок 3 - ВАХ диода

Для диодов, работающих в импульсных системах, в справочнике указывается время перехода диода из открытого состояния в закрытое. Это время называется временем восстановления диода, а также указывается максимальная рабочая частота диода.

Наиболее распространены кремниевые, менее – германиевые диоды.

Если выбранный диод не выдерживает расчетный ток схемы или напряжение (специфика работы мощных диодов проявляется в более тщательном подборе по обратному напряжению), то в этом случае задача решается применением параллельного или последовательного соединений элементов.

Если диод не выдерживает тока схемы, применяют параллельное соединение диодов, R1, R2 – сопротивления для выравнивания тока в диодах. R1, R2 » единицы Ом

Последовательное соединение диодов предназначено для увеличения суммарного допустимого обратного напряжения. Для исключения неравномерности распределения обратного напряжения диоды в последовательной цепи шунтируются резисторами R1, R2» единицы килоом.

Рисунок 4 - Схемы включения дополнительных сопротивлений для выравнивания токов и напряжений на диодах

По назначению диоды делятся на:

1. Выпрямительные.Они применяются в схемах выпрямления, т.е. преобразуют переменный ток в постоянный в ограниченном диапазоне частот. В настоящее время в качестве выпрямительных диодов широко применяются плоскостные кремниевые диоды. Диоды средней и большой мощности имеют принудительное охлаждение воздушное, иногда жидкостное.

2. Высокочастотные диоды используются для преобразования сигналов в диапазоне до 600 МГц, имеют точечную структуру; не используются в схемах, рассчитанных на большие мощности, напряжения и токи; применяются в измерительной аппаратуре, слаботочных выпрямителях.

3. Импульсные диоды предназначены для работы в быстродействующих импульсных схемах со временем переключения до 1 мкс. Для этого в импульсных диодах применены специальные конструктивно-технологические меры для снижения барьерной емкости и сокращения времени жизни неравновесных носителей заряда в области p-n-перехода.

4. Фотодиоды. Фотодиоды – полупроводниковые диоды, обратный ток которых зависит от освещенности p-n-перехода.

5.Светоизлучающие диоды (светодиоды). Светодиоды – это полупроводниковые устройства для преобразования энергии электрического поля в энергию светового излучения. Это один из наиболее широко применяемых излучателей. Они применяются в различных индикаторных устройствах.

Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском по сайту: