6.Дрейфовые и диффузионные движение зарядов.

Диффузия – это разность концентраций носителей заряда в объеме. Направленное движение зарядов в пр-ке называют дрейфом, под действием эл.поля или эл. заряда.

1. Дрейфовое движение – при непрерывном столкновении е с узлами кристалл. решетки. Скорость перемещ. носителя пропорциональна Е – напряженности эл. поля:

Электрический проводник более быстродейственный чем дырочный: μn<μр.

Плотность тока – заряды, кот. проходят за единицу времени и определяется как заряд, прошедший через единичное сечение в единицу времени.

Т.о. плотность тока зависит от концентрации носителей заряда и их подвижности. С ростом Т увелич. столкновение и сокращается время пробега.

2 ) Диффузионное движение – носители перемещ. из слоя с больш. концентрацией в слой с меньшей. Непрерыв. диффузионный поток носителей будет иметь место при условии поддержания избыточной концентрации. Плотность потока носителей пропорционально градиенту концентрации.

К оэф. диффузии и коэф-т подвижности связаны формулой Эйнштейна.

где

темп. потенциал

При Т=300 К, он равен 0,025В. Т.о. любой проводник при комнатной Т имеет потенциал в 25-26мВ.

7. Полупроводниковые диоды

Диодами называют двухэлектродные элементы, обладающие односторонней проводимостью тока, обусловленной применением полупроводниковой структуры, сочетающей в себе два слоя: один с электронной, другой с дырочной электропроводностью (см. рис. 1а).

Э лектронные процессы при отсутствии напряжения: обычно концентрация акцепторной примеси намного больше концентрации донорной примеси.

Д иффузионный ток – движение дырок навстречу электронам, дрейфовый ток создан не основными носителями заряда, эти токи направлены встречно и равны друг другу.

При наличии внешнего напряжения, в прямом направлении: сужение p-n перехода, и увеличение диффузионного тока через него – инжекция носителей через p-n переход. Iпр=Iдрейф-Iдиффуз, Iдрейф=Const. С повышением прямого напряжения, потенциальный барьер ещё больше повышается, а Iдиффуз уменьшается. Включение в обратном направлении: уменьшается диффузионный ток, дрейфовый не уменьшается, но он больше диффузионного. Iобр=Iдрейф-Iдиф. (Величина тока зависит от площади перехода). Обратный ток – тепловой ток.

8.Полная вах диодов

П олная ВАХ диода (в I квадранте масштаб на 3 порядка больше, чем в III).

S – площадь перехода, Iдрейф – дрейфовая плотность тока.

0-1: Сказывается объемное сопротивление слоев p-n структуры, которое растет с ростом тока, когда существенно увеличивается падение напряжения на диоде U_пр. В кремниевых диодах U_пр = 0,8...1,2В (из-за большого удельного сопротивления), в германиевых U_пр = 0,3...0,6В.

1-2: Оказывает влияние ТОК УТЕЧКИ через поверхность p-n перехода и ГЕНЕРАЦИЯ НОСИТЕЛЕЙ ЗАРЯДА, которая является причиной возможного пробоя p-n перехода. Ток утечки линейно зависит от величины приложенного к диоду обратного напряжения U_обр,: ток утечки создается различными загрязнениями на внешней поверхности полупроводниковой структуры, которые увеличивают проводимость кристалла и обратный ток через диод I_обр.

2-3: (Генерация зарядов начинается, когда U_обр >U_доп). Изменение характеристики до пробоя.

3-4: Резкое возрастание обратного тока, оно характеризует пробой p-n перехода. Пробой бывает электронный и тепловой. Электронный пробой бывает лавинный и туннельный. Лавинный возникает при энергии достаточной до отрыва электрона, образуется пара, которая ускоряется и т.д.. Он возникает в широких p-n переходах. Туннельный пробой, под действием электрического поля, происходит непосредственный отрыв электронов, без столкновения, увеличивается обратный ток, возникает в узких p-n переходах.

5-4: Тепловой пробой. Разрушение локального участков и превышение критической концентрации электронов.

9.Емкость рп-перехода ( складывается из диффузионной и барьерной емкости)

В еличина барьерной емкости составляет 10 и 100 пкФарад, для ее уменьшения нужно увеличить обратное и.

Емкость зависит от площади обкладок конденсатора и от расстояния между ними. Падение напряжения расширяет рп-переход, что применяется в дистанционном управлении. Диффузионная емкость имеет место при протекании прямого тока, она больше барьерной емкости, составляет сотни тысяч пкФарад. Добротность такой емкости невелика.

Светодиодный индикатор – полупроводниковый прибор излучающий свет.

С хема включения светодиодного индикатора ничем не отличается от схемы включения параметрического диодного эл-та, включает 2 или 3 эл-та:

Самая простейшая схема- однополупериодная схема.

Нужно знать Rб, который рассчитывается как:

Rб=(Uвх - Uvd)/Ivdном, где Uvd- падение напряжение на диоде;

Ivdном – номинальный ток горения стабилитрона он находится в пределах 10мА…..20мА. 2 Вт мощности резистра хватит на управления любым светодиодным индикатором.