Электропроводность полупроводников
В данной теме с помощью учебной литературы и других источников информации следует изучить:
Электропроводимость твердого тела. Энергетические уровни и зоны. Собственная электропроводимость полупроводников. Генерация и рекомбинация носителей зарядов. Уровень Ферми. Основные типы полупроводников, применяемых в полупроводниковых приборах.
Введение донорной, акцепторной примеси в чистый полупроводник. Основные и неосновные носители заряда. Уровень Ферми в примесных полупроводниках.
Методические указания.
Приступая к изучению этой темы, следует выяснить, чем характеризуется электропроводность твердого тела с точки зрения зонной теории; разобраться в понятиях валентной зоны и зоны проводимости для проводников, взаимном расположении этих зон для проводников и полупроводников; наличии запрещенной зоны у полупроводников и ее влияние на электропроводимость.
Рассматривая собственные полупроводники, следует обратить внимание на то, что в силу собственной структуры полупроводников электропроводимость их обусловлена движением не только электронов, но и дырок; разобраться четко в понятии «дырка», сущности процессов генерации и рекомбинации.
Вопросы для самопроверки.
1. Расскажите о делении веществ на проводники, диэлектрики и полупроводники на основании зонной модели атома.
2. Каков способ получения и механизм электропроводимости полупроводника типа р?
3. Каков способ получения и механизм электропроводимости полупроводника типа n?
4. Как влияет температура на проводимость полупроводников?
Электронно-дырочный переход. Прямое и обратное включение p-n перехода. Эффект накопления. Емкость p-n перехода.
В данной теме с помощью учебной литературы и других источников информации следует изучить:
Диффузия носителей заряда на границе р и n-областей. Образование контактной разности потенциалов на границе р и n-областей - потенциального барьера. Запирающий слой. Влияние потенциального барьера не основные и неосновные носители заряда. Баланс потоков.
Прямое включение p-n перехода Инжекция носителей заряда. Эффективное время жизни. Диффузионная длина. Сопротивление и ток р-n перехода, находящегося под прямым смещением.
Обратное включение p-n перехода. Экстракция носителей заряда. Сопротивление и ток р-n перехода, находящегося под обратным смещением. Влияние обратного напряжения на высоту потенциального барьера и ширину запирающего слоя.
Вольтамперная характеристика р-n перехода. Электрический и тепловой пробой р-n перехода, находящегося под обратным смещением.
Методические указания.
Работа р-n перехода имеет первостепенное значение при изучении полупроводниковых приборов, так как большинство из них состоит из одного или нескольких р-n переходов.
Следует разобраться в том, что в состоянии равновесия переход характеризуется контактной разностью потенциалов UКН и запирающим слоем с высоким сопротивлением и определенной толщиной, а так же равенством диффузионного тока току дрейфа; уяснить, как они образуются и от чего зависит их величина.
Необходимо понять, как прямое включение р-n перехода изменяет существующую разность потенциалов на переходе, толщину запирающего слоя и его сопротивление, почему прямой ток определяется в основном диффузионным током. Ознакомится с понятием «инжекция», разобраться, какую из двух областей р-n, имеющих разную концентрацию примеси, принято называть эмиттером, а какую базой.
При обратном смещении, как и при прямом, происходит изменение высоты потенциального барьера, ширины запирающего слоя и его сопротивления; нужно разобраться в характере этих изменений, а также уяснить, почему обратный ток определяется величиной теплового тока (тока дрейфа), выяснить от чего зависит его величина. Нужно разобраться с понятием «экстракция». Следует уяснить, что p-n переход обладает свойством односторонней проводимости и поэтому может быть использован в качестве выпрямительного элемента.
Анализируя вольтамперную характеристику, необходимо разобраться в следующем:
1. Почему на прямой ветви вольтамперной характеристики р-n перехода наблюдается значительная нелинейность, а затем, когда напряжение достигает нескольких десятых долей вольта, характеристика становится почти линейной.
2. Почему на обратной ветви вольтамперной характеристики р-n перехода вначале ток быстро возрастает, затем наблюдается участок с относительным постоянством тока при изменении обратного напряжения и, наконец, при некотором обратном напряжении обратный ток резко увеличивается и наступает пробой р-n перехода? Пробой бывает электрический и тепловой. Разобраться в механизме того и другого.
Вопросы для самопроверки.
1. Расскажите о равновесном состоянии р-n перехода и об образовании потенциального барьера.
2. Что такое диффузионный ток и ток дрейфа р-n перехода? Объясните действие запирающего слоя.
3. Расскажите о прямом токе, сопротивлении и толщине запирающего слоя прямосмещенного р-n перехода.
4. Нарисуйте и объясните вольтамперную характеристику прямосмещенного р-n перехода.
5. Расскажите об обратном токе, сопротивлении и толщине запирающего слоя обратносмещенного р-n перехода.
6. Нарисуйте и объясните вольтамперную характеристику обратносмещенного р-n перехода.
7. Что такое пробой р-n перехода и какие существуют виды пробоя.
8. Укажите участки вольтамперной характеристики р-n перехода, соответствующие электрическому и тепловому пробоям.