ПОИСК Статьи Чертежи Таблицы Электрические свойства полупроводников из "Радиоматериалы и радиодетали " Полупроводники по электропроводности занимают промежуточное место между металлическими проводниками и диэлектриками. Так, удельная проводимость у металлических проводников 10 —10 Ом -см полупроводников 10 —10 Ом -см , а диэлектриков 10-20—10 Ом -см . Кроме того, все металлические проводники с повышением температуры снижают свою проводимость, а полупроводники и диэлектрики увеличивают. [c.88] У проводников имеется огромное количество свободных электронов, направленное перемещение которых и составляет ток проводимости, а у полупроводников свободных электронов очень немного. Это объясняется тем, что валентные электроны в полупроводниках связаны со своими атомами, т. е. не являются свободными. Другой особенностью полупроводников является то, что ток в них может возникать и изменяться в широких пределах только под влиянием внешних воздействий нагревания, облучения или при введении некоторых примесей. Все это увеличивает энергию валентных электронов, что позволяет им оторваться от своих атомов и под действием приложенного напряжения начать направленное перемещение, т. е. стать носителями тока. [c.88] Чем выше температура полупроводника или чем интенсивней его облучение, тем больше будет в нем свободных электронов и тем больше будет величина тока в полупроводнике. Итак, во всех полупроводниках электропроводность электронная или п-типа. Причем освободившиеся электроны принадлежат атомам самого полупроводника, поэтому такую электропроводность называют собственной. [c.88] Атомы полупроводника, потерявшие электроны, превращаются в положительно заряженные ионы, которые закреплены на своих местах и не могут перемещаться. Место на внешней орбите атома, покинутое электроном, называют дыркой. Эту дырку (вакансию) может занять другой электрон, покинувший свое место в соседнем атоме. В результате такого перескока электрона у соседнего атома тоже появится дырка, т. е. он превратится в положительно заряженный ион. [c.88] Если к полупроводнику приложить электрическое напряжение, то электроны будут перескакивать с одних атомов на другие. При этом электроны перемещаются в одном направлении, а дырки возникают в противоположном. Дырку принято считать положительно заряженной частицей с зарядом, равным электрону. Кажущееся перемещение дырок в направлении, противоположном перемещению электронов, назыг5а-ется дырочным током. Электропроводность полупроводника, обусловленная дырочным током, называется дырочной электропроводностью или электропроводностью р типа . [c.88] В случае собственной электропроводности полупроводника число электронов равно числу дырок, т. е. [c.89] Но очень часто требуются полупроводниковые материалы исключительно с электропроводностью п- или р-типа. Такие полупроводники нужны, например, для создания полупроводниковых выпрямителей. Это достигается внесением в тщательно очищенный полупроводник соответствующей легирующей примеси. [c.89] Следовательно, этот электрон может быть легко переведен в свободное состояние и под действием приложенного напряжения принять участие в образовании электронного тока в полупроводнике (рис. 49). На рисунке видно, что основными носителями тока являются электроны, составляющие примесную электропроводность. Две дырки и соответствующие им два электрона получены в результате ионизации атомов германия. Эти носители тока обусловливают собственную электропроводность полупроводника. Общий ток в полупроводнике равен сумме электронного и дырочного токов, но электронный ток во много раз больше дырочного. [c.90] Величина общего тока в полупроводнике по-прежнему будет равна сумме электронного и дырочного токов. Но дырочный ток будет значительно больше электронного. На рис. 51 показана схема движения дырок и электронов в полупроводнике с акцепторной примесью. Из рисунка видно, что положительно заряженных частиц (дырок) значительно больше, чем электронов. Рассмотренные примеры показывают, что примеси значительно увеличивают электропроводность полупроводников. [c.91] Под действием приложенного напряжения электроны и дырки при перемещении в полупроводнике встречают различного рода препятствия. При этом они теряют часть энергии и отклоняются от своего пути, т, е. происходит рассеяние носителей тока. Оно вызвано главным образом различными загрязняющими примесями. Чем чище полупроводник, тем меньше рассеяние носителей тока и тем выше подвижность электронов и дырок. [c.91] СВОИМИ атомами. Вследствие этого при абсолютном нуле полупроводники становятся диэлектриками. [c.93] Характерным свойством полупроводников является нелинейность зависимости тока в полупроводнике от приложенного напряжения (рис. 53), т. е. ток растет значительно быстрее, чем напряжение. Одновременно с ростом тока резко уменьшается электрическое сопротивление полупроводника. [c.93] При изменении напряжения с на — / ток в полупроводнике потечет в обратном направлении и будет изменяться по такому же закону (рис. 54) это значит, что полупроводник имеет симметричную вольт-амперную характеристику. [c.93] Если взять два полупроводника, находящихся в плотном контакте друг с другом, причем один из полупроводников обладает электропроводностью м-типа, а другой — р-типа, то такая система будет иметь несимметричную вольт-амперную характеристику (рис. 55). При протекании тока в одном направлении система двух полупроводников будет обладать очень малым сопротивлением, а при протекании тока в обратном направлении — очень большим. В системе двух полупроводников с различного типа электропроводностями ток, протекающий в разных направлениях, будет иметь разную величину. При этом прямой ток / р быстро возрастает с ростом приложенного напряжения. Когда же к этой системе приложено напряжение —и, то вначале через эту систему ток обратного направления (/обр) практически не протекает. При повышении обратного напряжения появляется обратный ток очень небольшой величины. [c.93] Таким образом, ток обратного направления система двух полупроводников с различного типа электропроводностями не пропускает. Это свойство полупроводников широко используют в полупроводниковых выпрямителях. При приложении к такой системе двух полупроводников очень большого обратного напряжения в месте их соприкосновения происходит электрический пробой за счет резкого уменьшения сопротивления. Место плотного соприкосновения двух полупроводников с различного типа электропроводностями, называемое р—п-переходом, обладает свойством выпрямления переменного тока. При приложении к этой системе двух полупроводников переменного напряжения р—п-переход будет пропускать ток только одной полуволны напряжения. [c.93] При плотном контакте этих двух полупроводников, осуществляемом, например,вплавлением одного полупроводника в другой, электроны из полупроводника /г-типа будут диффундировать в полупроводник р-типа, где их концентрация очень мала. Одновременно дырки из р-полупро-водника будут диффундировать в /г-полупроводник, где их концентрация тоже очень мала. Эта взаимная диффузия дырок и электронов уменьшит концентрацию электронов в пограничном слое в -полупроводнике и заполнит его дырками. При этом уменьшится концентрация дырок в пограничном слое р-полу-проводника этот слой заполнится электронами (рис. 56,6). Таким образом, еще до подачи к электродам 1 к 2 внешнего напряжения на границе двух полупроводников создается двойной электрический слой. В результате этого здесь возникает местное электрическое поле с напряженностью Ед, которое направлено в сторону отрицательных зарядов в двойном электрическом слое. [c.94] В случае, когда будет направлена против Ед (рис. 57,6), местное поле будет заметно ослаблено, а электроны в полупроводнике и дырки в р-полупроводнике начнут перемещаться в область р— -перехода. В результате этого запирающий слой сузится, а его электрическое сопротивление резко уменьшится. В этом случае р— -переход будет пропускать ток. Этот ток называется прямым током (/ р), а направление тока в выпрямителе называется прямым или пропускным направлением. [c.95] Прямой ток во много раз больше обратного. Как было сказано выше, работа полупроводникового выпрямителя оценивается его вольт-ам-перной характеристикой (см. рис. 55). Она показывает, что при малых величинах напряжения (до 2 В) прямой ток, пропускаемый выпрямителем, достигает сравнительно больших значений (больше 2мА). При приложении к выпрямителю обратного напряжения, когда плюс батареи присоединен к -полупроводнику, а минус — к р-полупровод-нику, выпрямитель практически тока не пропускает. Начиная с 100В обратного напряжения, р— -переход станет пропускать очень малые величины обратного тока (микроамперы). Если же обратное напряжение увеличивать, то обратный ток с некоторого момента начнет сильно возрастать и может достигнуть такой величины, при которой произойдет пробой р— -перехода. [c.95] В полупроводниковых диодах р— -переход осуществляется или в виде сплавного контакта между двумя полупроводниками с разного типа электропроводностями, или в виде контакта между пластинкой полупроводника и металлическим острием. В первом случае образуется некоторая плсщадь соприкосновения (контакт) двух пOv yпpoвoдникoв и такие диоды называются плоскостными. Во втором случае пластинка полупроводника (германия или кремния) размером 2 X 2 мм соприкасается с острием металлической тонкой проволоки (такие диоды называются точечными). Точечные диоды обладают очень малой емкостью р— -перехода и применяются на высоких частотах. [c.95] Вернуться к основной статье