Ход урока

1. Организационный момент:

   1. Проверка состояния аудитории, внешнего вида студентов,

   2. наличие бейджей, учебных принадлежностей: ручки, тетради.

   3. Присутствие студентов на занятии.

2. Опрос или тестирование.

3. Выдача нового материала:

   1. Пробой p-n перехода

   2. Туннельный пробой

   3. Лавинный пробой

   4. Тепловой пробой

   5. Емкость p-n перехода

   6. Барьерная емкость

   7. Диффузионная емкость

   8. Вольт-амперная характеристика диода.

4. Закрепление.

5. Домашнее задание.

6. Итог урока (Рефлексия). Проверка выполнения работы. Выставление оценок.

Пробой p-n перехода

Пробоем электронно-дырочного перехода называют явление очень быстрого роста обратного тока при незначительном повышении постоянного обратного напряжения.

Пробоем электронно-дырочного перехода – это резкое изменение режима работы перехода, находящегося под обратным напряжением.

Выделяют три типа пробоев: туннельный (зенеровский), лавинный и тепловой.

Туннельный (зенеровский) пробой

Если геометрическое расстояние между валентной зоной и зоной проводимости достаточно мало, то возникает туннельный эффект – явление прохождение электронов сквозь потенциальный барьер

Тепловой пробой

Тепловыделение в области электронно-дырочного перехода, пропорциональное обратному напряжению и обратному току, увеличивает температуру кристалла полупроводника и силу обратного тока, что приводит к ещѐ большему тепловыделению, ещѐ большему обратному току и более высокой температуре и так далее. В результате такого катастрофического перегрева получает развитие тепловой пробой, который разрушает электронно-дырочный переход и после остывания прежние свойства, например, односторонней проводимости, к нему уже не вернутся. Тепловой пробой возникает после электрического пробоя перехода. (видеоролик)

Лавинный пробой

Лавинный пробой возникает если при движении до очередного соударения с атомом дырка (или электрон) приобретает энергию, достаточную для ионизации атома. Расстояние, которое проходит носитель заряда до соударения называют длиной свободного пробега. (видеоролик)

Емкость р-n перехода

Основное влияние на возможность работы электронно-дырочного перехода на определѐнных частотах оказывают две ѐмкости, которые называют диффузионной и барьерной. (видеоролик)

Барьерной называют ѐмкость, которая возникает при обратном включении электронно-дырочного перехода, когда практически все носители заряда находятся на границе раздела, а в нѐм самом отсутствуют.

Вследствии диффузии электронов и дырок через p-n переход области, возникают нескомпенсированные объемные заряды ионизированных атомов примесей, которые закреплены в узлах кристаллической решетки полупроводника и поэтому не участвуют в процессе протекания электрического тока. Однако объемные заряды создают электрическое поле, которое в свою очередь самым существенным образом влияет на движение свободных носителей электричества, то есть на процесс протекания тока.

При увеличении обратного напряжения область пространственных зарядов и величина заряда в каждом слое (p и n) увеличивается. Это увеличение происходит непропорционально: при большом по модулю обратном напряжении заряд увеличивается при увеличении модуля напряжения медленнее, чем при малом по модулю обратном напряжении.

Q – пространственный заряд в слое n полупроводника

U - внешнее напряжение, приложенное к p-n переходу.

(Оспищева – барьерная емкость доклад, Маспак – диффузионная емкость)

Диффузионную ѐмкость инициируют носители заряда, которые при прямом включении электронно-дырочного перехода в силу инжекции диффундируют через него и не успевают пройти рекомбинацию.

Общая емкость p-n перехода – это сумма барьерной и диффузионной емкости.

Вольт-амперная характерисика диода

Габидулин – диффузионная емкость

Гетеропереходы

Гетеропереход – это переход, возникающий на границе химически различных полупроводниковых структур, у которых не одинакова ширина запрещѐнной зоны. На границе полупроводников, которые обладают одинаковыми типами проводимости, возникают изотипные гетеропереходы, а на границе полупроводников с отличными типами проводимостей – анизотипные. Важно, чтобы на границе кристаллических решѐток полупроводников, образующих гетеропереход, не было дефектов кристаллической решѐтки, отсутствовали механические напряжения материалов. В области гетероперехода происходят изменения свойств веществ, образующих его, такие как смещения запрещѐнной и энергетических зон, изменение скорости, с которой распространяются носители заряда и прочее. Для получе-ния гетеропереходов используют полупроводниковые пары AlAs и GaAs, AlSb и GaSb, GaAs и Ge, ZnSe и GaAs и другие. Используя наборы гетеропереходов, получают многослойные образования, которые называют гетероструктурами. Полупроводниковые гетеропереходы нашли применение в особо сверхвысокочастотных транзисторах, диодах, светодиодах, лазерах и прочих компонентах.