74. Свойства p‑n– перехода
В полупроводниковых приборах применяются два вида контактных соединений: между полупроводниками, имеющими различные типы проводимости, и между полупроводником и металлом.
В первом случае создается контакт на границе между областями с проводимостью типа n и проводимостью типа р, называемой р‑n‑переходом.
Контактные соединения полупроводника с металлом осуществляются либо в виде точечного контакта между кристаллом и острием металлической проволочки, либо в виде плоскостного контакта, в котором полупроводник и металл соприкасаются по большой поверхности. В приборах с точечным контактом используются свойства ррnnперехода. Основная масса кристалла, применяемого в этих приборах, обладает проводимостью одного типа, а небольшие участки на поверхности кристалла – проводимостью другого типа.
Последняя создается благодаря наличию примесей в кристалле полупроводника. Такие участки имеют диаметр порядка десятков микронов. Размеры острия контактной проволочки, находящейся на участке, должны быть меньше размеров самого участка, и поэтому электрическая цепь в приборе замыкается только через р‑n‑переход.
Образование р⒫n㞻перехода у плоскостных контактов между полупроводником и металлом объясняется на основе предположения о наличии большого количества игольчатых переходов между плоскостями полупроводника и металла, каждый из которых действует аналогично рассмотренным выше точечным контактам.
Пограничные области полупроводников типов р и n, находящиеся в пределах двойного электрического слоя, лишаются части своих основных носителей зарядов и имеют высокое электрическое сопротивление. Они называются запирающим слоем.
Если р‑n‑переход включить в цепь источника электрической энергии так, что к области с проводимостью типа р будет приложен положительный потенциал относительно n‑области (рис. 75), то в обеих областях основные носители заряда под действием внешнего поля начнут перемещаться к ррnnпереходу, т. е. навстречу друг другу. При этом слои, близкие к р‑n‑переходу, пополняются основными носителями заряда.
Сопротивление ррnnперехода снижается, и уменьшается потенциальный барьер.
Например, в р‑области больше основных носителей заряда, чем в n⚓области, протекание через переход основной части тока будет определяться перемещением дырок. В противном случае протекание основной части тока определяется перемещением свободных электронов. В обоих случаях через переход может проходить большой (прямой) ток.
Таким образом, р‑n‑переход, пропуская большой ток в прямом направлении и очень малый ток в обратном направлении, обладает вентильными свойствами.
Рис. 75. Явления в р‑n‑переходе:
а) без воздействия внешнего электрического поля;
б) при воздействии внешнего поля в направлении прямой проводимости;
в) при воздействии внешнего поля в направлении обратной проводимости
75. Устройство и принцип действия точечных триодов
Применение металлического дна с выводами и приварка колпачка прибора ко дну (рис. 76а) позволяют получить лучшую герметизацию.
Электрод 1 включается в цепь усиливаемых колебаний (рис. 76б) и называется эмиттером. Электрод 2 соединяется с цепью нагрузочного сопротивления и носит название коллектора. Третьим электродом является основание (база).
Рис. 76. Точечный германиевый триод:
а) устройство триодов типов СЗ и С4;
б) схема включения
Если на эмиттер подать положительное, а на коллектор отрицательное напряжение относительно основания, то величина обратного тока цепи коллектора iк будет находиться в прямой зависимости от величины прямого тока эмиттера iэ.
В цепь эмиттера, кроме напряжения усиливаемого сигнала, подается постоянное напряжение (доли вольта). В цепи коллектора напряжение источника питания составляет несколько десятков вольт.
Если в вакуумном триоде ток нагрузочной цепи (анодный ток) iа зависит от входного усиливаемого напряжения сеточной цепи iс, то в полупроводниковом триоде ток нагрузочной цепи uс зависит от усиливаемого тока iэ. Усиление тока германиевым триодом характеризуется величиной статического коэффициента усиления по току:
при uk = const, который может быть найден из соответствующего семейства вольттамперных характеристик.
Цепь эмиттера можно рассматривать как цепь диода, включенного в проводящем направлении и имеющего поэтому относительно малое сопротивление, составляющее сотни ом. Небольшое изменение напряжения ∆u приводит к значительному изменению ее тока ∆i. Замена точечных контактов контактными поверхностями с большой площадью позволила создать приборы с относительно большой выходной мощностью, доходящей до 1 000 ватт.
В последнее время созданы некоторые типы германиевых триодов, устойчиво работающие при температурах ррnnперехода до 100–110°С.