II. Полупроводники p-типа.

Если в чистый Ge добавить атомы элементов III группы таблицы Менделеева (Индий – In), у которых имеется по 3 валентных электрона, то этих электронов хватит для установления связи с 3 соседними атомами Ge.

РИСУНОК

Для установления связи связи с 4-ым атомом Ge атом In заимствует электрон у одного из своих соседей и превращается в отрицательный ион, а у одного из атомов Ge возникает дырка, которая хаотически движется по кристаллу.

У кристалла Ge с примесью атомов элементов III группы проводимость преимущественно дырочная. Ее называют проводимостью p-типа.

Примесь, создающую такую проводимость, называют акценторной или примесью p-типа.

В примесных полупроводниках уже при обычной температуре происходит генерация пар электрон–дырка. Поэтому кроме основных носителей тока там имеются в небольшом количестве и носители тока противоположного знака (неосновные носители тока).

При небольших температурах неосновные носители тока существенной роли не играют. Однако при высоких температурах полупроводники приобретают смешанную проводимость.

Электронно-дырочный переход.

Представим себе кристаллы Ge, у которого одна половина содержит донорную примесь, а другая – акцепторную.

Границу в кристалле полупроводника между областями n-типа и p-типа называют электронно-дырочным переходом или p-n-переходом.

Представим себе, что эти части полупроводника только что приведены в соприкосновение. Тогда сразу начнется переход электронов из n-области (где их много) в p-область (где их мало), и перемещение дырок в обратном направлении.

РИСУНОК

В результате такого перемещения носителей зарядов n-область заряжается положительно, а p-область – отрицательно, то есть между областями возникает контактная разность потенциалов. На границе p- и n-области, в переходном слое АВ, появляется электрическое поле, которое препятствует дальнейшей диффузии основных носителей через границу. отбрасывая основные носители назад в свои области. Только дырки и электроны с достаточно большой кинетической энергией могут преодолеть противодействие поля и перейти через слой АВ. С другой стороны, это поле вызывает обратный процесс неосновных носителей: дырок из n-области в p-область и электронов из p-области в n-область.

В результате в переходном слое АВ устанавливается такая «Дельта»«Фи», при которой поток дырок и электронов уравновешивается. Результирующие потоки дырок и электронов становятся равны 0.

В переходном слое АВ почти нет подвижных носителей зарядов.

Толщина переходного слоя приблизительно =1мкм

Полупроводниковый диод.

РИСУНОК

РИСУНОК

Включим кристалл в цепь так, чтобы внешнее пле было направлено противоположно полю перехода (I). Поле в p-n-переходе будет ослаблено и диффузные потоки основных носителей устремятся через переход. Встречные потоки неосновных носителей тока почти не изменяются. В результате через переход потечет большой ток.

Приложенное напряжение и ток в этом случае называются прямыми (Закон Ома не применим).

Подадим на кристалл напряжение обратной полярности (II). в этом случае внешнее напряжение совпадает по знаку с контактной «Дельта»«Фи». Внешнеее поле усиливает поле p-n-перехода и диффузионные потоки основных носителей через ереход значительно уменьшатся.

Потоки неосновных носителей создают слабый ток через переход. Приложенное напряжение и ток в этом случае называются обратными.

Поэтому кристалл с p-n-переходом называется полупроводниковым выпрямителем или полупроводниковым диодом.

Полупроводниковые диоды имеют высокий КПД(до 98%), маленькие размеры и большой срок службы. К недостаткам относится ухудшение их работы при повышении температуры.