36. Полупроводниковый диод.

Выпрямление токов, а также усиление напряжений и мощностей можно осуществить с помощью полупроводниковых устройств, одним из которых является полупроводниковый диод.

Основной элемент п/п приборов явл. p-n переход – тонкий слой на границе между двумя областями одного и того же кристалла, отличающимися типом примесной проводимости.

В р-области основными носителями тока являются дырки (белые точки), образовавшиеся в результате захвата электронов атомами примеси; акцепторы при этом становятся отрицательными ионами (кружки с -). Кроме того в р-области имеется небольшое число неосновных носителей – электронов. В n-области основные носители тока – электроны (черные точки), отданные донорами (доноры превращ. в положительные ионы (кружки с +)) в зону проводимости; неосн. носители – дырки.

На границе между областями возникает двойной электрический слой, образованный отрицательными ионами акцепторной примеси, заряд которых теперь не компенсируется дырками, и положительными ионами донорной примеси, заряд которых теперь не компенсируется электронами. Электрическое поле в этом случае направлено так, что противодействует дальнейшему переходу через слой основных носителей. Равновесие достигается при такой высоте потенциального барьера, при которой уровни Ферми обеих областей располагаются на одинаковой высоте.

Подадим на кристалл внешнее напряжение такого направления, чтобы плюс был подключен к р-области, а минус к n-области (прямое напряжение). Это приведет к возрастанию потенциала р-области и понижению потенциала n-области. В результате высота потенциального барьера уменьшится и ток I_осн возрастет. Ток же I_неосн останется практически без изменений. Результирующий ток быстро нарастает. Т.о., в направлении от р-области к n-области пропускает ток, сила которого быстро нарастает при увеличении приложенного напряжения. Это направление назыв. прямым.

Приложим к кристаллу напряжение такого направления, чтобы плюс был подключен к n-области, а минус к р-области (обратное направление). Повысится потенциальный барьер – уменьшится ток осн. носителей I_осн. Возникающий при этом результ. ток называется обратным и быстро достигает насыщения и становится равным I_неосн. При очень большом напряжении сила тока начинает резко возрастать, что обусловлено электрическим пробоем перехода.

Из ВАХ следует, что p-n переход обладает в обратном направлении гораздо большим сопротивлением, чем в прямом. Это обуславливается тем, что поле, возникающее в кристалле при наложении обратного напряжения, «оттягивает» основные носители от границы между областями, что приводит к возрастанию ширины переходного слоя, обедненного носителями. Соответственно увеличивается и сопротивление перехода.

Неодинаковость сопротивления в прямом и обратном направлении позволяет использовать p-n переходы для выпрямления переменного тока.

37. Эффект Зеебека. Эффект Пельтье.

Зеебек обнаружил что если 2 спая разнородных металлов, образующих замкнутую цепь , имеют неоднородную температуру, в цепи течет электрический ток Термоэлектродвижущая сила обусловлена тремя причинами: 1) зависимостью уровня Ферми от температуры , 2) диффузией электронов (или дырок ); 3) увлечением электронов фононами. Уровень Ферми зависит от температуры. Поэтому скачок потенциала при переходе из одного металла в другой (т.е. внутренняя контактная разность потенциала ), для спаев, находящихся при разных температурах неодинаков, и сумма скачков потенциала отлична от нуля.

E(эпсилон)= Чтобы понять вторую причину возьмем однородный металлический проводник вдоль которого имеется градиент температуры. В этом случае концентрация электронов с у нагретого конца будет больше , чем у холодного. А концентрация с E<E_F будет наоборот у холодного конца. В проводнике возникает градиент концентрации электронов с данным значением энергии, что влечет за собой диффузию более быстрых электронов к холодному концу,а более медленных - к тёплому. Диффузионный поток быстрых электронов будет больше, чем поток медленных электронов. Поэтому вблизи холодного конца будет избыток электронов, а вблизи горячего недостаток . Это приводит к возникновению диффузионного слагаемого термо э.д.с. Третья причина это увлечение электронов фононами. При налич градиента темпер. вдоль проводника возникает дрейф фононов Сталкиваясь с электронами, фононы сообщают им направленное движение от более нагретого конца проводника к менее нагретому.В результате происходит накапление электронов на холодном конце и обеднение электронами горячего конца, что приводит к возникновению слагаемого э.д.с. Эффект Пельтье закл в том что при при протекании тока через цепь из разнородных металлов на одних выделяется тепло а на вторых поглощается. Это явление оказываетЪся обратным явл Зеебека. Было установлено что выделивш или поглащ. температура пропорциональна заряду q прошедшему через спай. Q_AB =П_AB I t. П_АВ – коэффициент Пельтье. ….П_АВ=-П_ВА Из закона термодинамики вытекает, что коэффициент Пельтье и термоэлектродвижущая сила связаны соотв П_АВ= α_АВ Т.