4.1.6. Полупроводниковые диоды.

Полупроводниковый диод называют кремниевым, хотя на самом деле его внутренняя конструкция может быть сложной.

Структура полупроводникового диода может быть такой, как изображено на рисунке 4.6.

Характерным для полупроводниковых диодов, является наличие «омического контакта» с проводниками-выводами, которые могут быть термопарами. Такая локализация термопар может не давать термо-ЭДС при работе прибора, так, как их термо-ЭДС взаимно противоположны.

Рис. 4.6. «Кремниевый» диод имеет в своём составе много других веществ. Главное назначение таких веществ – создать кристаллические решётки различной плотности, при этом сохранив способность к скрытой термоэлектронной эмиссии.

Как мы видим на рис. 4.6. «кремниевый» диод имеет PN-переход вовсе не кремниевый. Переход обычного диода состоит из контактирующих поверхностей 2-х разных веществ. Первое вещество – сплав кремния с веществом – донором. Второе вещество – сплав кремния с веществом – акцептором.

По принципам термоэлектроники – дырочной проводимости не существует. Какими же свойствами обладают эти два вещества?

Второе вещество обладает более сжатой кристаллической решёткой, чем первое вещество. И оба вещества обладают скрытой термоэлектронной эмиссией. Это полная характеристика

PN-переходов, обладающих односторонней проводимостью.

Диоды Шоттки – это тот вариант PN-перехода, когда регулируя концентрацию напыления металла, можно создать омический или не омический контакт. И не омическая зона обладает свойством создавать контакт только посредством термоэлектронной эмиссии.

Ещё более интересными особенностями обладают так называемые «туннельные» диоды. В обычном PN-переходе зону N дополнительно легируют. Причём концентрация напылённого металла регулируется. Это создаёт условия для омического контакта на начальном участке вольт-амперной характеристики прямого тока. При более высокой плотности тока этого омического контакта не хватает, и диод переходит в состояние прямого тока при скрытой термоэлектронной эмиссии.

4.1.7. Транзисторы.

Величина скрытой термо-ЭДС PN-переходов транзистора может быть найдена, при измерении вольт-амперных характеристик переходов.

Рис. 4.7. Термоэлектрические обозначения транзисторов. Напряжения веществ получены с некоторым стандартным веществом, например с платиной. Обозначения: Э-эмиттер, Б-база, К-коллектор.

И сразу можно заметить, что PN-переход база-эмиттер создаёт термо-ЭДС больше, чем термо-ЭДС PN-перехода база-коллектор.

Значит, говорить о NPN-структуре (или PNP) – не корректно. Переходы база-эмиттер и переход база-коллектор не одинаковы и различаются уровнем скрытой термоэлектронной эмиссии.

Здесь следует вспомнить о термоэлектрическом ряде напряжений. Скрытая термо-ЭДС PN-перехода определяется как разность потенциалов, обозначенных на рис. 4.7..

4.1.8. Электровакуумный диод.

Катод электровакуумного диода обладает открытой термоэлектронной эмиссией.

Рис. 4.8. Обозначение вакуумного диода.

На рисунке 4.8., радиотехническое обозначение отмечено цифрой 1, термоэлектрическое обозначение отмечено цифрой 2, направление движения электронов при токе отмечено стрелкой.

Ток, протекающий через лампу в одном направлении (электроны движутся от катода к аноду), называют «прямым током», но с точки зрения токов термопар, этот ток относиться к обратному току. Какие признаки обратного тока у термопар?

При прямом токе на PN-переходе термопары выделяется тепло. При обратном токе у некоторых видов термопар происходит охлаждение PN-перехода.

Электровакуумный диод работает на принципе охлаждения катода. Процесс охлаждения всё время компенсирует источник тепла – нить накала диода. Получается, что электровакуумный диод – уникальный прибор. Он обладает односторонним обратным током (термин «обратный ток» здесь дан с позиции полупроводникового диода).

Обратный ток вакуумного диода – это движение электронов от анода к катоду. Этот ток, при обратной полярности анодного источника напряжения, вакуумного диода настолько мал, что его сложно измерить. Какая сила обеспечивает одностороннюю проводимость? Просто электроны участвуют в теплопередаче, движутся от нагретого катода к холодному аноду и одновременно участвуют в анодном токе. Силы теплопередачи настолько велики, что обеспечивают ток только в одном направлении.

Теория с носителями электрического заряда в вакууме не корректна. Электроны не только носители электрического заряда, но и носители теплового заряда, и потому у электровакуумного диода мы можем наблюдать переход процессов: от теплового к электрическому, и наоборот.

Иногда, электронные лампы исследуют не корректно.

Во-первых: покрывая катоды оксидом, мы имеем уже не чистый материал катода, а полупроводник. В некоторых случаях исследовать необходимо чистый металл. И каждый металл должен обладать уникальными свойствами. Нельзя смешивать все катоды, предлагая для них универсальное уравнение Ричардсона-Дэшмана, которое из-за обобщения не точно и уже не соответствует физическому явлению тока насыщения. И потому как в химии, следует изучать каждое вещество катода отдельно.

Во-вторых: при исследовании диода, следует учитывать из какого вещества сделан анод, какой теплоёмкостью он обладает, и какова его температура в ходе эксперимента.