Полупроводниковые приборы, ППП — широкий класс электронных приборов, изготавливаемых из полупроводников.К полупроводниковым приборам относятся: Интегральные схемы (микросхемы),полупроводниковые, тиристоры, фототиристоры, транзисторы, приборы с зарядовой связью, оптоэлектронные приборы (фоторезисторы, фотодиоды, солнечные элементы, детекторы ядерных излучений, светодиоды, полупроводниковые лазеры, электролюминесцентные излучатели).
Электропроводимость полупроводников. Полупроводниками называются материалы, занимающие промежуточное положение между проводниками и диэлектриками. Особенностью металлических проводников является наличие свободных электронов – носителей электрических зарядов. В диэлектриках свободных электронов нет и поэтому они не проводят тока. В отличие от проводников полупроводники имеют не только электронную, но и «дырочную» проводимости, которые в сильной степени зависят от температуры, освещенности, сжатия электрического поля и других факторов.
Образование p-n-перехода. При соприкосновении двух полупроводников в приграничном слое происходит воссоединение дырок и электронов. Образуется слой, лишенный свободных носителей (толщиной l), он обладает высоким сопротивлением и называется запирающим слоем. Контактная разность потенциалов Езап.Запирающий слой препятствует движению основных носителей заряда и не препятствует движению неосновных носителей заряда (Iдр).Дрейфовый ток Iдр при движении через p-n-переход снижает контактную разность потенциалов (Езап). Это позволяет некоторой части основных носителей преодолеть потенциальный барьер, появляется диффузионный ток Iдиф. Он направлен навстречу дрейфовому.
Iдиф = Iдр
Потенциальный барьер — область пространства, разделяющая две другие области с различными или одинаковыми потенциальными энергиями. Характеризуется «высотой» — минимальной энергией классической частицы, необходимой для преодоления барьера.
Электрическое напряжение между точками A и B электрической цепи или электрического поля — физическая величина, значение которой равно отношению работы эффективного электрического поля совершаемой при переносе пробного электрического заряда из точки A в точку B, к величине пробного заряда.
47. Прямое и обратное смещение за счет внешнего поля Е на p-n переходе. Схемы включения соотношения между lпр и lобр . ВАХ p – n перехода.
Если к слоям полупроводника приложить внешнее напряжение так, чтобы созданное им электрическое поле было направленным противоположно направлению электрического поля между областями пространственного заряда, то динамическое равновесие нарушается, и диффузионный ток преобладает над дрейфовым током, быстро нарастая с повышением напряжения. Такое подключение напряжения к p-n-переходу называется прямым смещением. Если же внешнее напряжение приложено так, чтобы созданное им поле было одного направления с полем между областями пространства то это приведет лишь к увеличению толщины слоёв пространственного заряда, и ток через p-n-переход очень мал и определяется тепловой или фотонной генерацией пар электрон-дырка. Такое подключение напряжения к p-n-переходу называется обратным смещением.
ВОЛЬТ-АМПЕРНАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА р-n ПЕРЕХОДА
В общем виде вольт-амперная характеристика (ВАХ) р-n перехода представляется экспоненциальной зависимостью
I = I0 (exp U / φТ - 1)
где I0 - обратный ток. Этот ток имеет небольшие величины (мкА или нА), но довольно сильно увеличивается при повышении температуры. Подробно I0 рассмотрим далее.
Из следует, что при прямом смещении (U > 0) ток через р-п переход возрастает, а при обратном смещении (U < 0) становится малым, приближаясь к значению I0. Поскольку φТ = 26 мВ, то при положительных напряжениях U > 0,1В, в формуле можно пренебречь единицей по сравнению с экспонентой. Таким образом, р-п переход характеризуется свойством односторонней электропроводности, т. е. хорошо проводит ток в прямом направлении и плохо в обратном. Следовательно, р-п переход обладает выпрямляющим действием, что позволяет использовать его в качестве выпрямителя переменного тока.