24. Свойства п-н перехода. Полупроводниковый диод

Границу в кристалле полупровод­ника между областями n-типа и p-типа называют электрон­но-дырочным переходом или р — n-перехо­дом.

Обедненный подвижными носителями заряда переходный слой, толщина которого всего порядка 1 мкм (10^-6 м), обладает очень большим сопротивлением по сравнению с другими частями крис­талла; поэтому, когда кристалл с р — n-переходом включают в цепь, практически все подведенное к кристаллу напряжение сосре­доточивается на р — n-переходе.

Полупроводниковый диод.

Включим кристалл в цепь так, чтобы внешнее поле было направлено противоположно полю перехода. Поле в p-n- переходе будет ослаблено и диффузионные потоки основных носителей устремятся через переход. Встречные же потоки неосновных носителей почти не изменятся. В результате через переход потечет большой ток. При­ложенное напряжение и ток в этом случае называются прямыми. Сила тока при увеличении напряжения* возрастает очень быстро, и закон Ома здесь совершенно неприменим.

Если подать на кристалл напряжение обратной полярности. В этом случае внешнее напряжение совпадает по знаку с контактной разностью потенциалов. Внешнее поле усиливает р — n -перехода и диффузионные потоки основных носителей через переход значительно уменьшаются. Потоки неосновных носителей, примерно такие же, как и при отсутствии внеш­него поля, создают слабый ток через пе­реход. Приложенное напряжение и ток в этом случае называют обратными.

25. Выпрямление переменного тока с помощью полупроводников

При прямом напря­жении ток через р — n-переход в мил­лионы раз больше, чем при обратном, поэтому кристалл пропускает ток в одном направлении (пе­реход открыт) и не пропускает его в об­ратном направлении (переход закрыт). Следовательно, если включить кристалл с р — n-переходом в цепь переменного тока последовательно с нагрузочным сопротивлением R (рис. 21.8), то ток в этом сопротивлении практически будет постоянным по на­правлению. Поэтому кристалл с р — n-переходом называют полупроводниковым выпрямителем или полупроводниковым диодом.

Полупроводниковые диоды имеют высокий к. п. д. (до 98%), ма­ленькие размеры и большой срок службы. К недостаткам полупро­водниковых диодов относится ухудшение их работы при повышении температуры.

26. Транзистор. Его основные области. Назначения

Полупроводниковые приборы, предназначенные для усиления изменений напряжения и тока, называют полупроводни­ковыми триодами или транзисторами.

Узкая n-область (порядка 1 мкм) разделяет две p-области кристалла. Эти области кристалла имеют самостоятельные выводы э, б и к для включения и цепь. На схеме видно, что в транзисторе имеются два р-n-перехода. Соединим выводы э и б с внешней цепью, можно подать напряжение на левый p-n переход, и через выводы б и к на правый.

В левой p-области транзистора примеси р-типа содержится в сот­ни риз больше, чем примеси n-типа в n-области. Соответственно и дырок в p-области в сотни раз больше, чем электронов в n-области. Поэтому, когда левый переход включен в прямом направлении, прямой ток через переход состоит в основном (около 99%) из диффу­зионного потока дырок из p-области.

Транзисторы имеют большой срок службы, очень экономичны и отличаются миниатюрными размерами. Они широко используются в радиоэлектронике: в усилителях, радиоприемниках и телеви­зорах, в электронных вычислительных машинах (ЭВМ) и других устройствах. Особенно важны преимущества транзисторов для бортовой аппаратуры самолетов и ракет.