7. Контрольные вопросы

1. Что такое «электронная эмиссия»?

2. Какие бывают типы электронной эмиссии?

3. Что такое «работа выхода электрона из вещества»?

4. Какие силы препятствуют выходу электронов из вещества?

5. Почему достигается режим насыщения тока на вольт-амперной характеристике вакуумного диода?

6. Какая часть вольт-амперной характеристики диода объясняется формулой Ричардсона - Дэшмана?

Литература: [1]; [2].

Работа 85. Изучение выпрямляющих свойств p-n перехода

1. Цель работы

Данная работа знакомит с выпрямляющими свойствами (униполярной проводимостью) p-n перехода, представляющего собой основной элемент полупроводниковых диодов и транзисторов.

2. Основные теоретические положения

На границе раздела полупроводников с разным типом проводимости (электронной n и дырочной р) образуется p-n переход: двойной слой (область объемного заряда ООЗ), характеризующийся высоким сопротивлением (рис. 1,а). Положительный заряд расположен в n-области и возникает при диффузии электронов в р-область, а отрицательный – в р-области (в результате диффузии дырок в n-область). Этот переходный слой, состоящий из неподвижных ионизованных атомов кристалла, обладает высоким сопротивлением и способен расширяться или сужаться в зависимости от полярности и величины приложенного к p-n переходу напряжения, при этом сопротивление перехода соответственно возрастает или уменьшается.

d₁ = d₂

++- -

n ++- - p

++- -

d₁ = d₂

а б

_{Рис. 1}

На зонной энергетической диаграмме показано, что в области двойного слоя вблизи p-n перехода (рис.1,б) образуется потенциальный барьер, высота которого (е) равна контактной разности потенциалов между р- и n-областями. Это связано с тем, что уровень Ферми Е_F в n-области находится ближе к дну зоны проводимости Е_с, а в р-области – к потолку валентной зоны Е_V. Вследствие выравнивания уровня Ферми и изгиба энергетических зон при образовании контакта р-области с n-областью (отсчет энергии в кристалле ведется относительно этого уровня) и образуется указанный барьер.

Вольт-амперная характеристика (ВАХ) перехода описывается формулой

, (1)

где – ток насыщения, – заряд электрона, к – постоянная Больцмана, Т – абсолютная температура, U – напряжение на переходе, I – сила тока.

Если к p-n переходу приложить напряжение в прямом (пропускном) направлении (положительный потенциал к р-области, отрицательный – к n-области), то высота барьера понижается, ширина ООЗ и сопротивление перехода уменьшаются (рис. 2,а) и ток через барьер возрастает экспоненциально. При этом говорят, что диод открыт.

При противоположной полярности в обратном направлении (запертое состояние) высота барьера повышается, а значит ширина ООЗ и сопротивление растут (рис. 2,б), ток через переход становится ничтожно малым. При этом говорят, что диод заперт.

– + + –

а б

Рис. 2