27. Утворення електронно-діркового переходу. Напівпровідникові прилади.

Щоб дістати електронно-дірковий перехід (р-п-перехід), потрібно в одному і тому самому кристалі напівпровідника створити тоненьку межу напівпровідника з різними типами провідності. Найпростіше це можна зробити так званим сплавним методом. Тут показано структуру германієвого діода.

За основу беруть пластинку з монокристала германію, що має провідність n-типу. Зверху кладуть шматочок тривалентної домішки, наприклад індію, і нагрівають до 450-500 °С.

При цьому германій та індій сплавляються і після охолодження утворюється р-п-перехід. Тонкий шар германію збагачується індієм, внаслідок чого утворюється провідність p-n-типу. Цей шар у місці контакту з германієм n-типу утворює електронно-дірковий перехід (р-п-перехід).

Розглянемо напівпровідник, що складається з двох частин, одна з яких має провідність p-типу, а друга — п-типу.

У p- частині основними носіями заряду є дірки, а в n- частині — вільні електрони. Обидві частини до утворення контакту між ними були електричко нейтральними. При утворенні контакту внаслідок дифузії деяка кількість вільних електронів з n-частини перейде в p-частину, де є дірки, і частину з них нейтралізує поблизу контакту. Дірки, в свою чергу, дифундуватимуть з p- частини в n-частину, де рекомбінуватимуть з вільними електронами.

Таким чином, концентрація вільних електронів і дірок у місці контакту дуже зменшується, тому опір цієї частини напівпровідника великий.

Крім того, n-частина поблизу контакту з р-частиною зарядиться позитивно, бо, по-перше, вона втратила частину своїх вільних електронів, а по-друге, до неї перейшла частина дірок з p-частини. У свою чергу, p- частина зарядиться негативно. Електричне поле, яке при цьому виникає, перешкоджає подальшій дифузії електронів і дірок.

Таким чином, на межі напівпровідників з різними типами провідності виникає р-п-перехід. Цей перехід має великий опір, бо дуже збіднений на вільні носії заряду. До того ж у межі контакту виникає електричне поле, яке перешкоджає подальшій дифузії вільних основних носіїв заряду.

Типи напівпровідникових приладів

Напівпровідники широко використовуються в різних галузях науки і техніки. Наведемо деякі приклади їх застосування.

Напівпровідникові діоди мають контакт двох напівпровідників з p — n - переходом, що зумовлює однобічну провідність і застосовується в електро- та радіоустановках для випрямлення змінного струму Напівпровідникові діоди виготовляють з германію, кремнію, селену та інших речовин. За конструкцією вони поділяються на точкові і площинні.

Напівпровідникові тріоди (транзистори) застосовуються для генерації і підсилення радіосигналів. Вони складаються з трьох електродів: бази (Б), емітера (Е), колектора (К) (рис. 3). Розрізняють тріоди на основі p - напівпровідника (типу n — p — n), або на основі n - напівпровідника (типу p — n — p ). Термоопори (термістори). Електричний опір напівпровідників значною мірою залежить від температури. На цьому явищі грунтується дія термоопорів, або термісторів, які застосовують для вимірювання температур, автоматичного регулювання струму, вимірювання швидкості рухомих об’єктів, у газоаналізаторах тощо. Фоторезистори. Власна провідність напівпровідників залежить від освітлення. Виготовлені з таких напівпровідників елементи називаються фоторезисторами або фотоопорами, їх застосовують для автоматичних пристроїв, світлових вимірювань тощо.

Напівпровідникові фотоелементи. Так називаються прилади, в яких світло, діючи на p — n - перехід запірного шару, зумовлює виникнення електрорушійної сили порядку кількох десятих вольта. Напівпровідникові фотоелементи не потребують джерела напруги, вони самі безпосередньо перетворюють світлову енергію в електричну