- •Полупроводниковые приборы
- •Полупроводники
- •Электронно-дырочный переход
- •Вентильное свойство идеального p-n перехода
- •Емкость идеального p-n перехода
- •Полупроводниковый диод
- •Вольт-амперная характеристика реального p-n перехода. Пробой
- •Полупроводниковые приборы с одним выпрямляющим переходом
- •Биполярный транзистор
- •Полевые транзисторы
- •Особенности мощных высоковольтных транзисторов
- •Однопереходные транзисторы
- •Тиристоры
- •Усилители
- •Каскадирование как принцип построения электронных устройств
- •Классификация усилителей
- •Основные параметры усилителей
- •Обратные связи в усилителях
- •Усилители на биполярных транзисторах
- •Обеспечение начального режима работы усилителя
- •Усилитель с эмиттерной стабилизацией
- •Математические модели биполярного транзистора
- •Расчет усилителя с эмиттерной стабилизацией по переменному току
- •Усилитель с ок
- •Фазоинверсный каскад
- •Усилители постоянного тока
- •Дифференциальный усилитель
- •Выходные каскады
- •Операционный усилитель
- •Операционный усилитель как идеальный усилитель
- •Передаточная характеристика оу
- •Скорость нарастания оу
- •Упрощенная внутренняя структура оу
- •Основные схемы включения оу
- •Компенсация смещения
- •Ослабление синфазных сигналов
- •Частотная коррекция операционного усилителя
- •Использование оу при однополярном питании
- •Усилители с промежуточным преобразованием
- •Импульсные усилители
- •Общие требования к ключевым каскадам
- •Ключи на биполярных транзисторах
- •Общая характеристика
- •Расчет ключа на биполярном транзисторе
- •Повышение быстродействия ключей на биполярных транзисторах
- •Ключи на полевых транзисторах
- •Общая характеристика
- •Особенности управления мощными полевыми транзисторами
- •Регулирование мощности с использованием ключевых схем
- •Схемы формирования заданного тока и напряжения
- •Источники вторичного электропитания
- •Структура и основные параметры
- •Выпрямители
- •Устройства стабилизации мгновенных значений напряжения
- •Устройства стабилизации среднего значения напряжения
- •Импульсные стабилизаторы напряжения
- •Генераторы сигналов
- •Частотно-зависимые устройства
- •Аналоговые фильтры
- •Синтез корректирующих звеньев
- •Схемная реализация корректирующих звеньев
- •Схемная реализация регулятора
- •Библиографический список
- •Оглавление
-
Электронно-дырочный переход
Принцип действия большинства полупроводниковых приборов основан на явлениях, возникающих на границе двух полупроводников с различными типами проводимости, границе полупроводника и металла или полупроводника и диэлектрика. Наибольший интерес представляет граница двух полупроводников с различными типами проводимости. Эта область имеет ширину порядка долей микрометра и носит название электронно-дырочного перехода, или p-n перехода.
Рассмотрим распределение заряженных частиц в p-n переходе. В донорном полупроводнике существует повышенная концентрация свободных электронов, в акцепторном — дырок. Соответственно, выделяют донорную, или n-область, и акцепторную, или p-область. Из-за разницы в концентрации основных носителей зарядов наблюдается переход (диффузия) электронов из области n в область p и движение (диффузия) дырок в противоположном направлении. Внутри полупроводника возникает электрический ток, называемый диффузионным. Диффузионный ток имеет две составляющие: , где , — токи, образованные соответственно дырками области p и электронами области n.
Электроны, диффундировавшие из области n в область p, рекомбинируют в ней с дырками. В результате этого отрицательные заряды ионов примеси-акцептора становятся нескомпенсированными. Аналогично, при диффузии дырок в область n в ней образуется нескомпенсированный положительный заряд, определяемый ионами примеси-донора. На рис. 3 ионы примесей показаны многоугольниками.
Рис. 3 |
Величина потенциального барьера определяется концентрациями носителей заряда:
,
где — температурный потенциал; — постоянная Больцмана; — абсолютная температура; , — концентрации донорной и акцепторной примесей соответственно. Обычно p-n переход несимметричен, т. е. концентрации и не равны между собой. Один из полупроводников, образующих переход, как правило легирован примесью существенно сильнее другого. В этом случае говорят о сильнолегированной эмиттерной области и о слаболегированной области базы. Для обозначения степени легирования используют знак «+», например, p+-n. Если принять, что , , , то при комнатной температуре получим . Реально высота потенциального барьера для p-n перехов на основе германия составляет 0,3...0,4 В, на основе кремния — 0,6...0,8 В.
Одновременно с перемещением основных носителей заряда через p-n переход начинается перемещение неосновных носителей в направлении поля p-n перехода, которое для них является ускоряющим. Дырки движутся из области n в область p, навстречу им движутся свободные электроны. Данный поток неосновных носителей создает дрейфовый ток , где , — токи, образованные соответственно дырками области n и электронами области p.
Электрическое поле, появляющееся в области p-n перехода, стремится удалить из нее основные носители заряда (электроны для области n и дырки для области p), в том числе появляющиеся при термогенерации. В данной области возникает обедненный слой с малой концентрацией подвижных носителей зарядов — электронов и дырок. Поэтому граница p-n перехода представляет собой диэлектрик, а сам p-n переход уподобляется конденсатору, емкость которого зависит от ширины и площади p-n перехода. Ширина области p-n перехода может быть определена из следующего выражения:
,
где — относительная диэлектрическая проницаемость среды; — электрическая постоянная; — концентрация донорной или акцепторной примеси, в идеальном приборе они одинаковы, для несимметричного прибора используется концентрация в эмиттерной области.
В отсутствие внешнего электрического поля устанавливается динамическое равновесие между потоками основных и неосновных носителей заряда. Диффузионный и дрейфовый токи оказываются равными по величине:
, |
ф1(0) |
где для условия равновесия обозначениям диффузионного и дрейфового токов добавлен нулевой индекс. Так как дрейфовый и диффузионный токи направлены в противоположные стороны, то результирующий ток через p-n переход будет равен нулю.