Свойства электронно-дырочного перехода

Если ширина граничной зоны p-n-перехода L, а напряжённость внутреннего поля , то в граничной зоне существует разность потенциалов. .

К р-n-переходу можно подключить источник напряжения U одним из двух способов: а) прямое включение; б) обратное включение.

А. Прямое включение:

В р-n-переходе создаётся внешнее поле , тогда результирующее поле: , или . Если или , то поле Е внутри р-n-перехода будет вызывать прохождение тока, уменьшение граничной зоны и рассасывание её связанного заряда. При этом дырки движутся из р- в n-область, электроны – обратно.

Вольт-амперная характеристика (ВАХ) р-n-перехода при прямом включении имеет вид:

U_пор – напряжение, при котором через р-n-переход начинает протекать ток (пороговое). U_пор = 0,2–0,8 В.

Б. Обратное включение:

В р-n-переходе создаётся результирующее поле , или Е = Е_вн + + Е_внеш, ток не протекает, граничная зона расширяется, её связанный заряд растёт. При определённом значении U_внеш = U_пробоя р-n-переход начинает проводить ток (ток пробоя), при этом из р-области вырываются электроны, из n-области – дырки.

В большинстве случаев при пробое р-n-переход разрушается. Таким образом, полная ВАХ р-n-перехода имеет вид:

Из ВАХ р-n-перехода видно, что на его основе можно изготовить прибор, пропускающий ток только в одном направлении.

Полупроводниковый диод

П/п диоды применяют в цепях, где надо обеспечить прохождение тока только в одном направлении, т. е. диод работает в режиме вентиля.

Диод содержит р-n-переход с металлическими выводами, заключённый в герметичный корпус. Вывод от р-области – анод, от n-области – катод.

а) прямое включение: б) обратное включение:

ток протекает ток не протекает

· Диоды широко применяют в электротехнике и радиоэлектронике.

Полупроводниковый триод (транзистор)

На основе взаимодействия двух р-n-переходов изготавливают п/п транзистор. Он состоит из трёх областей (р-n-р или n-p-n), образующих два р-n-перехода: 1 – эмиттер Э; 2 – коллектор К; 3 – база Б.

Для создания транзисторов с хорошими характеристиками необходимо, чтобы:

1) эмиттер был легирован гораздо сильнее базы (чтобы в нём создавалось много носителей зарядов);

Легирование – добавление примесей;

2) толщина базы была меньше длины свободного пробега носителей заряда (чтобы они не успевали рекомбинировать в базе).

Для нормальной работы транзистора на переход ЭБ подают прямое напряжение (прямое смещение), а на переход БК – обратное.

Работа p-n-p транзистора

1. Переход ЭБ смещён в прямом направлении, по нему протекает ток I_Э, образованный в основном дырками (эмиттер р-типа легирован гораздо сильнее базы).

2. Пройдя базу, дырки попадают в поле, созданное U_КБ, захватываются им и через коллектор идут к отрицательному полюсу источника U_КБ.

3. Рекомбинировать в базе носители не успевают, поэтому I_Э » I_К, причём U_КБ >> U_БЭ, т.е. при одинаковом токе мощность на сопротивлении R_H в цепи коллектора Р_К = I_КU_КБ гораздо больше мощности в цепи эмиттера Р_Э = I_К U_ЭБ.

Сигнал в цепи коллектора по характеру изменения тока повторяет сигнал цепи эмиттера, но по мощности значительно его превосходит, т. е. транзистор – усилитель.

· Устройство, работа и подключение p-n-p и n-p-n транзисторов аналогичны с той лишь разницей, что источники питания U_БЭ и U_КБ для n-p-n транзистора включают в обратной полярности и основными носителями в нём являются электроны.

· Усиление происходит за счёт энергии внешнего источника питания U_КБ и закон сохранения энергии не нарушается.

· Транзисторные усилители широко применяют в радиоэлектронике.