Опорный конспект темы «Вольт-амперная характеристика р-п переходов полупроводников»

1. Вольт-амперные характеристики полупроводников.

С повышением температуры проводимость всех полупроводников возрастает (рис. 29). Проводимость будет расти тем интенсивней, чем больше донорной или акцеп­торной примеси введено в полупроводник.

До температуры Т₁ в полупроводнике наблюдается примесная электропроводность, обусловленная движением зарядов примеси.

В интервале темпера­тур Т₁ — Т₂ проводи­мость полупроводника несколько уменьшает­ся. Это вызвано интен­сивными тепловыми ко­лебаниями его атомов, которые мешают пере­мещению свободных электронов и дырок. При дальнейшем же повышении температу­ры в полупроводнике развивается собствен­ная электропровод­ность. В связи с этим возникает большое количество новых электронов и дырок, направленное пере­мещение которых создает все возрастающий ток в полу­проводнике. В связи с этим удельная проводимость полупроводника резко возрастает.

К ривая 2 не показывает умень­шения проводимости высоколеги­рованного полупроводника в ин­тервале температур Т₁ — Т₂. Это объясняется большим количест­вом поступающих в полупровод­ник примесных электронов и ды­рок. Участие этих примесных но­сителей тока вполне компенсиру­ет возрастание сопротивления по­лупроводника в этом интервале температур. При температуре абсолютного нуля (—273° С) электроны не обладают подвиж­ностью, т. е. они прочно связаны со своими атомами. Вследствие этого при абсолютном нуле полупроводники становятся диэлектриками.

Характерным свойством полупроводников является нелинейность зависимости тока в полупроводнике от приложенного напряжения (рис. 30), т. е. ток растет значительно быстрее, чем напряжение. Одновременно с ростом тока резко уменьшается электрическое сопротив­ление полупроводника. Это свойство используется в

вентильных полупроводниковых разрядниках. Они при­соединяются к проводам линий электропередачи (рис.31) для защиты их от больших токов при ударе молнии. При нормальном напряжении ток с линии передачи на землю разрядник не пропускает вследствие очень боль­шого его сопротивления. При ударе же молнии провода будут находиться под воздействием очень большого на­пряжения и электрическое сопротивление вентильного разрядника резко уменьшится. В связи с этим разрядник отведет большой ток с линии на землю, в результате чего напряжение линии электропередачи снизится до нормального значения. Большое сопротивление разряд­ника снова восстановится и ток с линии на землю им пропускаться не будет.

При изменении напряжения с U на —U ток в полу­проводнике потечет в обратном направлении и будет из­меняться по такому же закону (рис. 32). Это значит, что полупроводник имеет симметричную вольтамперную ха­рактеристику.

Если же взять два полупроводника, находящихся в плотном контакте друг с другом, причем один из полупроводников обладает электропроводностью n-типа, а дру­гой— р-типа, то такая система будет иметь несиммет­ричную вольтамперную характеристику (рис. 33). 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 Iпр быстро возрастает с ростом приложенного напряжения. Когда же к этой системе приложено напряжение —U, то вначале через эту си­стему ток обратного направления (I_обр) практически не протекает. При повышении же величины обратного на­пряжения появляется обратный ток очень небольшой величины.

Таким образом, система двух полупроводников с раз­личного типа электропроводностями ток обратного на­правления не пропускает. Это свойство полупроводников широко используют в полупроводниковых выпрямителях. При приложении же к такой системе двух полупровод­ников очень большого обратного напряжения в месте их соприкосновения происходит электрический пробой за счет резкого уменьшения сопротивления.