Полупроводниковые приборы.

Лек5

Для преобразования электрических сигналов (усиления, генерирования колебаний, изменения формы сигнала и т.д.) недостаточно использования в цепях пассивных линейных элементов. Для этих цепей в электронике широ-ко применяются различные активные элементы, облада-ющие необходимыми нелинейными характеристиками. Для этих целей широко используют полупроводниковые приборы, работа которых основана на свойствах p – n - перехода (электронно-дырочного перехода).

Электронно-дырочным переходом (ЭДП) называют область, возникающую на границе раздела полупровод-ников п- и р- типа. ЭДП можно получить вплавлением (резкий переход) или диффузией (плавный переход) в полупроводниковый монокристалл примесей, создающих тип проводимости, противоположный типу проводимости исходного монокристалла.

Электрические свойства ЭДП поясняются следующим: концентрация электронов в п-области пп (основные носи-тели) во много раз больше их концентрации в р-области пр (не основные носители).

Поэтому при образовании р – п - перехода происходит диффузия электронов из п - области в р - область, а дырок из р - области в п -область. В результате этого вблизи гра-ницы ЭДП в п - области происходит обогащение исход-ного монокристалла отрицательными носителями заряда – электронами, а в р - области происходит обогащение исходного монокристалла положительными носителями заряда – дырками. Эти заряды образуют электрическое поле, препятствующее дальнейшей диффузии электронов и дырок. Возникает запирающий слой, в котором практически отсутствуют подвижные носители заряда. Устанавливается равновесие, при котором падение напряжения на границе р - и п - областей (называемое потенциальным барьером) принимает стационарное значение. При этом полный ток через р – п - переход равен нулю. Если к ЭДП приложить электрическое напряжение U, то равновесие нарушится. При обратном смещении (положительный потенциал приложен к п -области) потенциальный барьер для основных носителей возрас-тает, вследствие чего ток через переход за счет основных носителей уменьшается до нуля.

Увеличение обратного напряжения может привести к пробою р – п - перехода. Под пробоем понимают явление резкого возрастания тока через переход, вызванное увеличением числа подвижных носителей заряда в этой области. Различают два вида пробоя: электрический и тепловой.

В случае прямого смещения (поло-жительный потенциал приложен к р - области) потенциальный барьер запирающего слоя уменьшается. Основные носители заряда пересе-кают ЭДП, образуя прямой ток че-рез переход, который может дости-гать значительной величины. Этот процесс называют инжекцией но-сителей. Прямой ток через ЭДП устанавливается не мгновенно из-за инертности.

На рисунке приведена вольтамперная характеристика ЭДП, на которой различают прямую ветвь (1-й квадрант) и обратную ветвь (3-й квадрант).