5.6. Электронно-дырочный переход

Особые электрические явления происходят на n-p - переходе — границе полупроводников с разными типами проводимости.

Э лектроны и дырки, пытаясь равномерно распределиться в объёме материала, диффундируют через границу в «чужие» области: электроны — в p-область, а дырки — в n-область (рис. 5.7,а). В результате у перехода образуются слои, насыщенные электронами и дырками, создающие собственное электрическое поле с напряжённостью Е₀ (рис. 5.7, б). Электроны для достижения р-области должны преодолеть запорный слой — барьер из образованных слоёв, которые по мере насыщения электронами и дырками расширяются, при этом увеличивается и напряжённость поля Е₀. Процесс продолжается до тех пор, пока напряжённость поля не уравновесит силы стремления электронов и дырок диффундировать в «чужие» области, и барьер станет непреодолимым. Толщина образованного запорного слоя составляет около 10^–4 мм.

Если к n-р - переходу приложено внешнее электрическое поле напряжённостью Е _вн того же направления, что и собственное поле Е₀, то «свои» электроны и дырки концентрируются у электродов (рис. 5.7, в), слои у перехода расширяются, барьер увеличивается. Возрастает сопротивление n-р - перехода, и сквозь него протекает весьма малый ток, называемый обратным током ₀ .

Е

Рис. 5.7. Процессы на границе между полупроводниками с p и n проводимостями — на электронно-дырочном переходе

сли к переходу приложено внешнее электрическое поле, встречное собственному полю, то «свои» электроны и дырки смещаются к переходу, сжимая «чужие» слои, и легко преодолевают уменьшившийся барьер (рис. 5.7, г). Сопротивление перехода снижается, сквозь него протекает прямой ток _пр , определяемый уже не сопротивлением перехода, а сопротивлением прочих элементов электрической цепи, в которую включен полупроводниковый прибор с n-р - переходом.

5.7. Полупроводниковые диоды

На электрических процессах, свойственных n-p - переходу, основано действие полупроводниковых диодов — приборов с односторонней проводимостью, широко используемых для генерирования электрических колебаний и преобразования переменного тока в постоянный.

Вольт-амперная характеристика диода показана на рис. 5.8.

П ри прямом включении (правая часть характеристики) диод VD открыт. Уже при напряжении 0,5…2 В его сопротивление становится весьма малым и прямой ток _пр диода определяется сопротивлением резистора R .

При обратном включении (левая часть характеристики) диод VD закрыт. Его сопротивление велико, и ток в цепи до весьма значительных напряжений определяется лишь исчезающе малым обратным током ₀ диода.

П

Рис. 5.8 Вольт-амперная характеристика полупроводникового диода

ри превышении напряжением допустимой величины или при высоких температурах происходит пробой n-p - перехода: он разрушается, диод выходит из строя, ток лавинообразно возрастает.

С

Рис. 5.9. Мостовая схема выпрямителя на полупроводниковых диодах VD и форма напряжения U_Rн , получаемого на резисторе R_н при двухполупериодном выпрямлении переменного тока

хема двухполупериодного преобразования (выпрямления) переменного тока в постоянный при помощи выпрямительного моста показана на рис. 5.9. При положительных полупериодах переменного напряжения U ток течёт по диоду VD2, нагрузочному резистору R_н , диоду VD3. При отрицательных полупериодах — по диоду VD4, резистору R_н, диоду VD1. Таким образом, как при положительных, так и при отрицательных полупериодах напряжения U ток через резистор R_н протекает почти непрерывно в одном направлении и напряжение U_Rн не меняет своего знака.

Кроме выпрямительных диодов выпускаются управляемые диоды (тиристоры и симисторы) , которые переходят в открытое состояние по управляющему сигналу, диоды с изменяемой ёмкостью перехода —варикапы, стабилизаторы напряжения (стабилитроны), фотодиоды, реагирующие на оптическое излучение, светодиоды, преобразующие электрическую энергию в свет и др.