Площинний напівпровідниковий діод

Приклад: площинний міднозакисний (купроксний) випрямляч (рис. 31.4). На мідну пластину за допомогою хімічної обробки нарощується шар закису міді Си₂О, який покривається шаром срібла. Срібний електрод служить тільки для ввімкнення випрямляча в електричне коло. Частина шару Сu₂О, яка прилягає до Сu і яка збагатилась нею, має електронну провідність, а частина шару Сu₂О, яка прилягає до Ag і яка збагатилась (в процесі виготовлення випрямляча) киснем, – дірковою провідністю. Таким чином, в товщі закису міді утворюється замикаючий шар з пропускним напрямом струму від Сu₂О до Сu (р п).

Поширеними є також селенові діоди і діоди на основі арсеніду галію і карбіду кремнію.

Розглянуті діоди мають ряд переваг порівняно з електронними лампами: малі габаритні розміри, високі ККД і термін служби, але дуже чутливі до температури (робочий інтервал від – 70 °С до +120 °С).

2.4. Напівпровідникові тріоди (транзистори)

p-n-переходи мають не тільки прекрасні випрямляючі властивості, але можуть бути використані також для підсилення, а якщо в схему ввести зворотний зв'язок, то і для генерації електричних коливань.

Прилади, призначені для цієї мети, отримали назву напівпровідникових тріодів, або транзисторів. Вони діляться на точкові і площинні, причому останні – більш потужні. Вони можуть бути типу р-п-р і п-р-п. Розглянемо для прикладу тріод типу р-п-р. Робочі "електроди" тріода, якими є база (середня частина транзистора), емітер і колектор (прилеглі до бази з обох боків області з іншим типом провідності), включаються в схему за допомогою невипрямляючих контактів металевих провідників.

Рис. 31.6

Між емітером і базою прикладається постійна зміщуюча напруга в прямому напрямі, а між базою і колектором – постійна зміщуюча напруга у зворотному напрямі. Усилювана змінна напруга подається на вхідний опір R_вх, а посилене – знімається з вихідного опору Двіх.

Протікання струму в ланцюзі емітера обумовлено в основному рухом дірок (вони є основними носіями струму) і супроводиться "уприскуванням" - інжекцією – в область бази. Що проникли в дірки диффундують у напрямку до колектора, причому при невеликій товщині бази значна частина інжектированих дірок досягає колектора. Тут дірки захоплюються полем, діючим усередині переходу (притягуються до негативно зарядженого колектора), унаслідок чого змінюється струм колектора. Отже, всяка зміна струму в ланцюзі емітера викликає зміну струму в ланцюзі колектора. Прикладаючи між емітером і базою змінну напругу, отримаємо в ланцюзі колектора змінний струм, а на вихідному опорі – змінна напруга. Величина посилення залежить від властивостей р-п-переходів опорів навантажень і напруги батареї Б_к. Звичайно R_вих >> R_вх, тому R_вих значно перевищує вхідну напругу R_вх (посилення може досягати 10000). Оскільки потужність змінного струму, що виділяється в R_вих, може бути більше, ніж що витрачається в ланцюзі емітера, то транзистор дає і посилення потужності.

ЛЕКЦІЯ 32

Контактні явища в металах

1. Робота виходу електронів з металу у вакуум

Вільні електрони при звичайних температурах, як показує досвід, практично не покидають метал, і таким чином в поверхневому шарі металу, який межує з вакуумом, має бути затримуюче електричне поле, яке перешкоджає виходу електронів з металу в оточуючий вакуум.

Робота, яку потрібно затрачувати для видалення електрона з металу у вакуум, називається роботою виходу.

Причини появи роботи виходу такі:

1. Якщо електрон із якоїсь причини видаляється з металу, то в тому місці, яке електрон покинув, виникає надмірний позитивний заряд і електрон притягується до індукованого ним самим позитивного заряду.

2. Окремі електрони, покидаючи метал, віддаляються від нього на відстані порядку атомних і створюють тим самим над поверхнею металу "електронну хмару", густина якої швидко зменшується з відстанню. Ця хмара разом із зовнішнім шаром позитивних іонів граток утворює подвійний електричний шар, поле якого подібне до поля плоского конденсатора. Товщина цього шару дорівнює декільком міжатомним відстаням (10^-10 – 10^-9 м). Цей шар не створює електричного поля в зовнішньому просторі, але перешкоджає виходу вільних електронів з металу.

Таким чином, електрон при вильоті з металу повинен подолати затримуюче його електричне поле подвійного шару. Різниця потенціалів в цьому шарі, яку називаютьповерхневим стрибком потенціалу, визначається роботою виходу (А) електрона з металу:

,

де е – заряд електрона.

Оскільки ззовні подвійного шару електричне поле відсутнє, то потенціал середовища дорівнює нулю, а усередині металу потенціал позитивний і дорівнює . Потенціальна енергія вільного електрона усередині металу дорівнює –, і вона щодо вакууму є негативною. Виходячи з цього можна вважати, що весь об'єм металу для електронів провідності являє собою потенціальну яму з плоским дном, глибина якої дорівнює роботі виходу А.

Робота виходу виражається в електрон-вольтах (еВ): 1 еВ дорівнює роботі, що здійснюється силами поля при переміщенні елементарного електричного заряду (тобто заряду, що дорівнює заряду електрона) при проходженні ним різниці потенціалів в 1 В. Оскільки заряд електрона дорівнює 1,6·10^-19 Кл, то 1 еВ =1,6·10^-19 Дж.

Робота виходу залежить від хімічної природи металів і від чистоти їх поверхні і коливається в межах декількох електрон-вольт (наприклад, у калія А = 2,2 еВ, у платини А = 6,3 еВ). Підібравши певним чином покриття поверхні, можна значно зменшити роботу виходу. Наприклад, якщо нанести на поверхню вольфраму (А = 4,5 еВ) шар оксиду лужно-земельного металу (Са, Sr, Ва), то робота виходу знижується до 2 еВ.