Теория и расчет

Теория и расчет

Полупроводник с дырочной проводимостью содержит примеси, называемые акцепторами, чей энергетический уровень принимает электрон; при комнатной температуре значительная часть этих уровней занята и формирует дырки в валентной зоне, называемые подвижными носителями заряда и неподвижными ионами в кристаллической решетке. Полупроводник с электронной проводимостью содержит примеси, называемые донорами, способными посредством теплового возбуждения отдавать электроны, выступающие в качестве подвижных носителей, у которых при комнатной температуре заняты энергетические уровни. При контакте полупроводников с дырочной и электронной проводимостью в области контакта часть электронов доноров электронной проводимости переходит к акцепторам дырочной проводимости, при этом подвижные носители заряда не образуются, а возникает пространственный заряд. В результате в контактной области отсутствуют носители заряда, и формируется обедненная область.

Рис. 11: -переход при равной плотности носителей зарядов обеих областей.

При подаче напряжения на такой прибор следует учитывать полярностей подключения:

Если подключить клемму с отрицательным зарядом к части с дырочной проводимостью, происходит обратное смещение перехода. Энергетический уровень электронов в части с отрицательным зарядом повышается. Пространственный заряд увеличивается, создавая более сильное поле, обратное приложенному внешнему полю, при этом расширяется обедненная область. Электроны из валентной зоны с дырочной проводимостью могли бы терять энергию при входе в зону электронной проводимости, однако этого не происходит, т.к. электроны не могут пересекать запрещенную область, пока она не достигнет достаточной ширины для прохождения электрона (туннельный диод). См. Рис. 12. Таким образом, при обратном напряжении ток протекать не может. Использование высокого напряжения приводит либо к лавинному пробою прибора из-за ускоренных электронов в обедненной области, которые могут ионизировать другие атомы, либо к тоннельному пробою. Диоды, используемые как выпрямители, обычно подвержены лавинному пробою, в стабилитронах же пробой возникает при определенном обратном напряжении. В этом слуае, туннельный пробой наблюдается при низких, а лавинный – при высоких напряжениях. Поскольку температурные коэффициенты лавинного и туннельного пробоев носят разные знаки, туннелирование происходит быстрее при низких температурах.

Рис. 12

Подключение клеммы с положительным зарядом к области с дырочной проводимостью приводит к прямому смещению перехода. Тогда при малых напряжениях ток не проходит, поскольку носители должны преодолеть разность потенциалов поля перехода, чтобы пересечь обедненный слой. Лишь при условии, что напряжение равно потенциалу поля перехода, граница энергетической зоны «выпрямляется», а пространственный заряд и обедненный слой растворяются и ток проходит свободно. Дырки и электроны могут проникать в противоположную область и переходить в нее, а сопротивление перехода уменьшается, остается только нормальное сопротивление полупроводникового материала. См. Рис. 13. Транзистор состоит из двух противоположных переходов: - и - устройств. Такие устройства блокируют протекание тока в любом направлении – один из запирающих слоев всегда будет смещен в обратном направлении, пока носители не попадут в среднюю зону, тем самым устраняя одну из областей истощения или запирающий слой, что делает устройство более восприимчивым к току.

Таким образом, средняя зона характеризуется электрическим контактом, называемым базой. Чтобы использовать такое устройство в качестве усилителя, нужно, чтобы переход в других областях был ассиметричным, при этом между излучателем и другим коллектором возникает контакт. Например, при использовании транзистора типа BC337 наблюдается только усиление по току. Если излучатель подсоединить к клемме с положительным зарядом, а коллектор - к клемме с отрицательным зарядом, то база примет на себя часть положительного заряда, отдавая дырки запирающему слою между базой и коллектором, что приведет к ее ослаблению.

Рис.13

⇐ Предыдущая 12