Dispozitive semiconductoare

Pagina 1 din 2

Mai întâi de toate, să explicăm chiar conceptul de semiconductor. Știm deja materialele,
in mod dramatic diferite una de cealaltă, în conductivitate de cupru (ca un conductor cu rezistență foarte mică electric), carbon sau un cablu de înaltă rezistență (ca material pentru rezistori de fabricare) și diverse materiale plastice (ca un material izolator având o rezistență electrică foarte mare). Semiconductorul are loc între conductor și izolator (dielectric). În unele circumstanțe, se comportă ca dirijor, în alte circumstanțe - ca dielectric. Cum se explică acest lucru? Materia primă pentru diodele semiconductoare este germaniul (Ge) și siliciul (Si). Din cursurile de fizică și chimie suntem familiarizați cu structura atomului. Știm că atomul constă într-un nucleu încărcat pozitiv și pe un electron încărcat negativ care orbitează nucleul de-a lungul orbitelor stabile. Coaja de electroni a atomului de germaniu constă din 32 de electroni, dintre care patru se rotesc în orbita exterioară.







Acești patru electroni, numiți electroni de valență, își determină proprietățile într-un mod semnificativ. un atom de germaniu tinde să achiziționeze un gaz inert de structură stabilă atomi inerente și caracterizat prin aceea că, pe exteriorul orbitei lor este întotdeauna definită strict numărul de electroni (de exemplu, 2, 8, 18 și așa mai departe. d.). Astfel, pentru achiziționarea unui astfel de atom de germaniu structura ar fi nevoie de patru electroni pentru a fi luați în orbita exterioară. În practică, acest lucru se realizează prin faptul că fiecare electron de valență este combinat într-o pereche de electroni cu electronul de valență al atomului învecinat. Orbita fiecăruia dintre electronii de valență devine obișnuită pentru doi atomi învecinați, iar atomii de germaniu dobândesc o structură stabilă, caracteristică atomilor de gaz inert. Legăturile care apar în acest caz într-un cristal de germaniu se numesc pereche-electron sau covalent.


Suntem interesați în principal de proprietățile electrice ale semiconductorilor. După cum se poate observa din figură, toți electronii din orbitele exterioare ale atomilor sunt conectați cu nucleele lor; Nu există electroni liberi. Un astfel de cristal se comportă electric ca un izolator (dielectric). Sub influența temperaturii ambientale, atomii din zonele de zăbrere vor oscila în raport cu poziția de repaus. Din cauza unor circumstanțe diferite, electronii individuali din când în când să se rupă de „“ atomul și să circule liber în cristal. La punctul în care electronul de valență la stânga și care, prin urmare, lipsit de acum sarcina negativa, o taxa de spațiu pozitiv, menționată ca o gaură. Această gaură Acesta poate fi umplut cu un atom de electroni orbită externă învecinate, prin care acest atom dobândește, de asemenea, o sarcină pozitivă. Deci, un ordin de releu al găurii se poate deplasa haotic pe întregul cristal. Esl aplicat la tensiunea de cristal, electronii liberi vor curge la polul pozitiv și găurile (în aceeași sumă.) - la o importanta negativ pentru noi să știm că conductivitatea semiconductorilor electrică la fel definit ca electroni (purtători de sarcină negativă) și găurile (purtători cu încărcătură pozitivă). Pe măsură ce crește temperatura, conductivitatea intrinsecă a cristalului (conductivitatea electrică a substanței neamestecate) crește din ce în ce mai mult. La temperaturi scăzute, germaniul se comportă ca un izolator, la temperaturi ridicate se comportă ca un conductor electric.
Cu toate acestea, conductivitatea electrică a unui semiconductor poate fi, de asemenea, influențată într-un mod diferit. In siturile cristal cu zăbrele ca impuritate introducerea atomilor străini (acest proces este numit dopaj) având trei sau cinci electroni de valență, impuritățile cu trei electroni de valență sunt numite acceptori cu cinci - donatori. Dar, de fapt, pentru formarea legăturilor covalente, sunt necesari patru electroni de valență, după cum sa arătat mai sus. Prin urmare, în funcție de tipul de impurități din cristal, se formează fie electroni suplimentari de conducere, fie găuri ale căror număr și mobilitate sunt deja foarte semnificative la temperatura camerei. Aditivul pentru donatori, de exemplu pentru germaniu, poate fi antimoniu pentavalent. Atomul impurității donatorului formează legături covalente cu patru atomi învecinați ai semiconductorului cu ajutorul a patru electroni, cel de-al cincilea electron al atomului de impuritate pleacă și devine liber. O impuritate acceptabilă, de exemplu, indiu, dimpotrivă, detașează electronii de atomii semiconductori și se atașează la sine. Rezultatul este un număr mare de găuri.







Astfel, conductivitatea electrică a unui semiconductor ca urmare a dopajului crește substanțial. Un semiconductor cu electroni de conducere în exces se numește semiconductor de tip n, cu găuri excesive ale unui semiconductor de tip p. Conductivitatea electrică a tipului p este determinată de găuri, deci ele sunt numite aici purtătoarele principale de încărcare, iar electronii conductori nu sunt de bază. Într-un semiconductor de tip n - dimpotrivă.
Să analizăm ce procese fizice apar la contactul a două semiconductori cu diferite tipuri de conductivitate sau, așa cum se spune, în joncțiunea pn. Dispozitivul semiconductor rezultat este denumit diodă de semiconductor.

La contactul secțiunilor plane ale semiconductoarelor p și n, se formează un strat de limită în care purtătorii încărcăturilor negative și pozitive exercită o influență reciprocă unul asupra celuilalt. Datorită difuziei purtătorilor de sarcină în regiunea n, în regiunea p apare o sarcină spațială negativă. Diferența potențială dintre regiunile n și p se numește diferența de potențial de contact (pentru germaniu

Când se schimbă polaritatea tensiunii aplicate, purtătorii principali încep să fie aspirați din stratul de contact. Există o barieră potențială mare, pe care transportatorii principali nu pot depăși cu greu (rezistență electrică ridicată). Trecerea este activată în direcția de blocare. Pentru transportatorii minoritari (electronii de conducere din regiunea p și găurile din regiunea n), acest lucru nu se aplică. Trecerea lor prin stratul de frontieră nu împiedică tensiunea aplicată. Există un curent de transportatori minoritari, denumit curent invers. Deoarece concentrația transportatorilor minoritari este mult mai mică decât cea a transportatorilor principali, curentul inversat este mult mai mic decât curentul direct. Prin urmare, se spune că joncțiunea p-n are un efect de rectificare.

Într-un strat subțire format la limita a două semiconductori cu diferite tipuri de conductivitate electrică, sunt prezenți atomi de impuritate imobiliți ionizați și nu există aproape nici un purtător de sarcină mobilă - electroni și găuri. Datorită acestui fapt, un astfel de strat posedă proprietățile unui dielectric, iar tranziția cu gaura electronică (EHD) poate fi considerată ca un condensator plat, ale cărui plăci sunt regiuni p și n neutre. Dacă se aplică o tensiune inversă în regiunile p și n, grosimea joncțiunii pn și distanța dintre plăcile condensatorului vor crește și capacitatea sa va scădea.
Această capacitate a joncțiunii pn se numește încărcare sau barieră, deoarece prezența sa se datorează existenței unor sarcini pozitive și negative sau o barieră potențială la limita regiunilor p și n. Capacitatea de barieră are loc în principal la tensiunile inverse la joncțiunea pn.
Proprietățile capacitive ale joncțiunii pn sunt utilizate în diodele semiconductoare, numite varicaps. În varicaps, valoarea capacității de încărcare se modifică prin schimbarea tensiunii inverse aplicate.

Prin proiectare, diodele semiconductoare pot fi plane sau punct-ca.
O placă de semiconductor de tip n este lipită pe o bază metalică, numită suport pentru cristale. De sus, o picătură de metal trivalent este topită în el, de obicei indiu. Atomii de difuze de indiu (penetrează) în placa semiconductoare și formează un strat de tip p în apropierea suprafeței. Între straturile de tip p și n, se formează o tranziție cu gaura electronică (EHD). Conductorii sunt sudați la suportul de cip și indiu, care servesc drept concluzii ale diodei. Pentru a proteja dioda de deteriorarea mecanică, lumina, praful și umiditatea se află pe semiconductor, acesta este plasat într-o incintă închisă.
Dioda semiconductor punct constă dintr-o placă de tip semiconductor de tip n și un arc de tungsten sau bronz cu diametru de aproximativ 0,1 mm. Prin intermediul unui arc presat pe placa semiconductoare, se trece un curent electric de mare rezistență, ca rezultat al arcului metalic sudat pe placa semiconductoare, formând o regiune p sub vârful său. O tranziție între gauri electronice apare între regiunea p și semiconductorul de tip n.
Cu cât suprafața EAF este mai mare, cu atât mai mult curentul poate trece prin ea și cu atât capacitatea acesteia este mai mare. De aceea, diode semiconductoare plane sunt utilizate în circuitele electrice în care apar curenți mari și atunci când proprietățile capacitiv nu interferează semnificativ cu funcționarea dioda .żn înaltă frecvență circuite de curent diode de joncțiune nu va avea o conductivitate unidirecțională. Diodele de punct sunt utilizate în circuite cu curenți mici și în dispozitive de înaltă frecvență, atunci când sunt necesare capacități mici ale EAF.
Diodele semiconductoare sunt prezentate pe circuite electrice sub forma unui triunghi și un segment tras prin unul din vârfurile sale paralele cu partea opusă. În funcție de scopul diodei, desemnarea acesteia poate conține simboluri suplimentare. În orice caz, vârful ascuțit al triunghiului indică direcția fluxului curentului prin diodă. Triunghiul corespunde regiunii p și este uneori numit anod sau emițător, iar segmentul rectiliniu este numit regiunea n și se numește catodul sau baza.

Vom crește tensiunea directă pe diodă și vom observa amploarea curenților. Pe baza datelor obținute, se compară dependența curentului de curent cu tensiunea de transmisie. Luați în considerare acest grafic.

La început, curentul în direcție ascendentă se ridică lent, deoarece în prima clipă câmpul electric al bateriei crește de la zero, iar câmpul electric al joncțiunii p-n scade. Când tensiunea bateriei devine egală cu tensiunea joncțiunii p-n (pentru germaniu 0,25 V), câmpurile electrice devin egale și direcționate opus, câmpul rezultat este zero. De acum înainte, caracteristica directă devine liniară.

Acum modificați polaritatea conexiunii bateriei. Vom mări tensiunea inversă, notând magnitudinea curenților, vom compari dependența curentului invers cu tensiunea inversă. Luați în considerare.

Curentul invers este foarte mic și aproape independent de mărimea tensiunii inverse, deoarece este format dintr-un curent de derivație, adică de purtători de sarcină minoritari. Dar, la o anumită tensiune, curentul inversat crește brusc. Acest fenomen se numește defalcare electrică. Acest lucru se explică prin faptul că electronii dobândesc o viteză mare și izbucnește cu privire la atomii care îi distrug electronii. Defalcarea electrică este sigură, dacă tensiunea de reducere a diodei nu este afectată. Dacă vom continua să mărim tensiunea, atunci defecțiunea electrică trece printr-o defalcare termică. Aceasta înseamnă că dioda se încălzește și curentul crește drastic datorită faptului că electronii își părăsesc atomii de la creșterea temperaturii. Defalcarea termică distruge semiconductorul, dioda este defectă.







Articole similare

Pagina anterioară

Pagina următoare

Trimiteți-le prietenilor: