11

Лекция 15

Элементы зонной теории твердых тел

Вопросы

1. Выпрямление на контакте металл-полупроводник.

2. Контакт электронного и дырочного полупроводников (рn  переход).

3. Полупроводниковые диоды и триоды.

Элементы физики атомного ядра

Вопросы

1. Размер, состав и заряд атомного ядра. Массовое и зарядовое числа.

2. Энергия связи ядер.

3. Ядерные силы. Модели ядра.

4. Радиоактивное излучение и его виды.

1. Выпрямление на контакте металл-полупроводник

При А_м>A электроны переходят из полупроводника в металл, в результате контактный слой полупроводника зарядится положительно, а металла  отрицательно. Этот процесс  до выравнивания уровней Ферми. Образуется двойной электрический слой d, поле которого препятствует дальнейшему переходу электронов. Контактный слой полупроводника обеднен электронами (концентрация электронов в п.п. 10¹⁵ см^3, в металле 10²² см^3) и его сопротивление очень большое. Такой контактный слой называется запирающим.

Запирающий контактный слой обладает односторонней (вентильной) проводимостью, т.е. пропускает внешний ток в одну сторону. Важнейшее свойство запирающего слоя  зависимость его сопротивления от направления поля. В пропускном направлении ток проходит, в запорном  нет.

2. Контакт электронного и дырочного полупроводников (рn  переход)

Электронно-дырочным (или р-n –переходом) называется контакт двух полупроводников, один из которых имеет электронную, а другой – дырочную проводимость.

Физические процессы в р-n –переходе

Донорный полупроводник приводится в контакт с акцепторным. Электроны из n- полупроводника диффундируют в р-полупроводник. В результате у границы контакта нескомпенсированные заряды образуют двойной электрический слой, поле которого препятсвует дальнейшему перетеканию зарядов. При одинаковой концентрации доноров и акцепторов d₁ = d₂.

С выравниванием уровней Ферми энергетические зоны искривляются, возникают потенциальные барьеры для электронов и дырок. Высота потенци­ального барьера e при толщине двойного слоя d (d=10^–6…10^–7 м; 0,1 В), носители преодолевают такой барьер при темпе­ратурах в несколько тысяч градусов. При обычных температурах слой запирающий.

Направление внешнего поля, расширяющее запирающий слой, называется запирающим (обратным). В этом направлении ток не проходит.

Направление внешнего поля, уменьшающее запирающий слой, при котором электроны и дырки рекомбинируют, называется пропускным (прямым).

Т.о., р-n –переход обладает односторонней (вентильной) проводимостью.

Вольт – амперная характеристика р-n –перехода

Быстрое возрастание обратного тока обозначает пробой контактного слоя и его разрушение.

При включении в цепь переменного тока р-n –переход действует как выпрямитель.

3. Полупроводниковые диоды и триоды

Диодом называется двухэлектродная лампа, содержащая катод и анод. Полупроводниковый диод содержит один р-n – переход.

По конструкции полупроводниковые диоды делятся на:

• точечные;

• 

  плоскостные.

Диоды применяются для выпрямления переменного тока. Диоды чувствительны к температуре, интервал их работы ограничен (70 ^оС…+120 ^оС).

Полупроводниковыми триодами (транзисторами) называются устройства, предназначенные для усиления и генерирования электромагнитных колебаний.

Первый транзистор создан американцами Бардином, и Браттейном и Шокли в 1949 г (Нобелевская премия 1956 г.)

По конструкции полупроводниковые транзисторы делятся на:

• точечные (для усиления малых мощностей);

• плоскостные.

Протекание тока в цепи эмиттера  за счет движения ды­рок. Они «впрыскиваются» (ин­жектируются) в область ба­зы, и изменяют ток коллектора.

Величина усиления тока в коллекторе зависит от R_вых и мощности батареи коллектора Б_к и достигает 10⁴.