- •Введение
- •1. Электропроводность полупроводников
- •1.1. Электроны в твердом теле
- •1.2. Собственная проводимость
- •1.3. Дрейфовые токи
- •1.4. Примесная электропроводность
- •1.5. Диффузионные токи в полупроводниках
- •2. Электронно-дырочные переходы
- •2.1. Электронно-дырочный переход при отсутствии внешнего напряжения
- •2.2.Электронно-дырочный переход при прямом напряжении
- •2.3. Электронно-дырочный переход при обратном напряжении
- •2.4. Переход металл-полупроводник
- •3. Полупроводниковые диоды
- •3.1. Вольт-амперная характеристика полупроводникового диода
- •3.2. Емкости полупроводникового диода
- •3.3. Модели диодов
- •3.4. Температурные свойства полупроводниковых диодов
- •3.5. Рабочий режим диода
- •3.6. Применение выпрямительных диодов
- •3.7. Импульсный режим диодов
- •3.8. Конструкции полупроводниковых диодов
- •3.9. Стабилитроны
- •3.10. Варикапы
- •3.11. Туннельные и обращённые диоды
- •3.12. Полупроводниковые диоды для свч
- •3.13. Лавинно-пролетные диоды
- •3.14. Диод Ганна
- •4. Биполярные транзисторы
- •4.1. Общие сведения о транзисторах
- •4.2. Физические процессы в транзисторе
- •4.3. Основные схемы включения транзисторов
- •4.4. Характеристики транзисторов
- •4.5. Модели транзисторов
- •4.6. Влияние температуры на работу транзисторов
- •4.7. Схемы питания и стабилизации режима транзисторов
- •4.8. Усиление с помощью транзистора
- •4.9. Частотные свойства транзисторов
- •4.10. Импульсный режим транзисторов
- •4.11. Основные типы биполярных транзисторов
- •5. Полевые транзисторы
- •5.1. Полевые транзисторы с управляющим переходом
- •5.4. Биполярные транзисторы с изолированным затвором
- •6. Тиристоры и однопереходный транзистор
- •6.1. Диодный тиристор
- •6.2. Триодные тиристоры
- •6.3. Однопереходный транзистор
- •7. Оптоэлектронные приборы
- •7.1. Фотодиоды
- •7.2. Фототранзисторы
- •7.3. Светодиоды
- •7.4. Оптроны
- •8. Элементы интегральных микросхем
- •8.1. Пленочные и гибридные ис
- •8.2. Полупроводниковые ис
- •8.3. Схемы с инжекционным питанием
- •8.4. Схемы на приборах с зарядовой связью
- •Заключение
2.2.Электронно-дырочный переход при прямом напряжении
Пусть источник внешнего напряжения подключен положительным полюсом к полупроводнику р-типа (аноду), а отрицательным полюсом - к полупроводнику п-типа (катоду) (рис. 2.2,а). Такое напряжение, у которого полярность совпадает с полярностью основных носителей, называется прямым Uпр.
Действие прямого напряжения Uпр, вызывающее прямой ток Inp через переход, поясняет потенциальная диаграмма, изображенная на рис. 2.2,б.
Рис. 2.2. Электронно-дырочный переход при прямом напряжении
Электрическое поле Eпр, создаваемое в р-п-переходе прямым напряжением, действует навстречу полю контактной разности потенциалов Ек. Результирующее поле становится слабее, и разность потенциалов в переходе уменьшается, т.е. высота потенциального барьера понижается, возрастает диффузионный ток, так как пониженный барьер может преодолеть большее число носителей. Если пренебречь падением напряжения на сопротивлении областей п и р, то напряжение на переходе можно считать равным φ0 — Uпр.
При прямом напряжении Iдиф > Iдр, и поэтому полный ток через переход, т.е. прямой ток, уже не равен нулю:
Iпр = Iдиф - Iдр>0 . (2.1)
Если барьер значительно понижен, то Iдиф » Iдр и можно считать, что Iпр≈ Iдиф, т.е. прямой ток в переходе является чисто диффузионным.
В полупроводниковых приборах обычно концентрация примесей, а следовательно, и основных носителей в p- и n-областях весьма различна. Поэтому инжекция из области с более высокой концентрацией основных носителей преобладает. Соответственно этой преобладающей инжекции и дают названия эмиттер и база. Например, если nn » рр, то инжекция электронов из п-области в р-область значительно превосходит инжекцию дырок в обратном направлении. В данном случае эмиттером считают п-область, а базой — р-область, так как инжекцией дырок можно пренебречь.
При прямом напряжении не только понижается потенциальный барьер, но также уменьшается толщина запирающего слоя (dпр < d) и его сопротивление в прямом направлении Rпр становится малым (единицы — десятки ом).
Поскольку высота барьера φ0 при отсутствии внешнего напряжения составляет несколько десятых долей вольта, то для значительного понижения барьера и существенного уменьшения сопротивления запирающего слоя достаточно подвести к р-n-переходу такое же прямое напряжение (десятые доли вольта). Поэтому большой прямой ток можно получить при очень небольшом прямом напряжении.
Очевидно, что при некотором прямом напряжении можно вообще уничтожить потенциальный барьер в п-р-переходе. Тогда сопротивление перехода, т.е. запирающего слоя, станет близким к нулю и им можно будет пренебречь. Прямой ток в этом случае возрастет и будет зависеть только от сопротивления p- и n-областей. Теперь уже этими сопротивлениями пренебрегать нельзя, так как именно они остаются в цепи и определяют силу тока.
У левого края области п электронный ток имеет наибольшее значение. По мере приближения к переходу этот ток уменьшается, так как все большее число электронов рекомбинирует с дырками, движущимися через переход навстречу электронам, а дырочный ток Ip, наоборот, увеличивается. Полный прямой ток Inp в любом сечении, конечно, один и тот же:
Iпр = In – Ip = = const , (2.2)
где Is– обратный ток (насыщения) диода, а φт=0,0258В (при Т=300К) – термодинамический потенциал.