Токовете р-п преход
1. Цел: Запознаване с принцип на работа и получаване на характеристиките на сегашното напрежение на изправителна диод и ценерови диоди.
Устройства, модели, програми
- Multisim 10 програма.
Чрез полупроводници включва много химически елементи (силиций, германий, индий, бор, галий, и т.н.) и най-оксиди и сулфиди (меден оксид, цинков оксид, галий сулфидни и т.н.), интерметални съединение (галиев арсенид, Karbid Kremniya и др. ) полупроводникови диоди се използват за преобразуване на променливото напрежение в пулсиращ napryazhknie една полярност.
електрически съпротивителни полупроводници намира в широк диапазон от 10 до 10 -5 -6 ома * м. За сравнение, например при стайна температура метали имат специфична soprotivlenie10 -7 Ohm · т, и диелектрици 12 октомври / 14 октомври ома * м. Главната особеност на полупроводници - увеличаване на проводимостта с повишаване на температурата.
Проводимостта на полупроводника значително се влияе от външни влияния: топлина, радиация, електрически и магнитни полета, налягане, ускорение и от съдържанието на дори малки количества от примеси.
Полупроводникови свойства са добре обяснени с помощта на лента теория на твърди вещества. Според квантовата механика, енергията на електрони е дискретна (прекъснат) или квантувани. В резултат на това на електрона може да се движи само по протежение на орбитата, което съответства на неговата енергия. Стойността на електронна енергия се нарича ниво на енергия.
нива електронна енергия са разделени от забранени интервали. При равни нива на принципа на Паули изключване не може да бъде повече от два elektronovV резултат на излагане на електрон не само нейното ядро атом, но също така на съседни атоми, чиито нива на енергия се измества и се образуват сплит и енергийни групи, наречен разрешено.
Отцепването на ниво чип, заета вътрешните електроните е малка, само забележими нива сплит, заемани от електроните валентните.
За полупроводници, най-важното е валентността на групата, образувана от енергийни нива на валентните електрони спокоен глас атоми (т.е. в отсъствието на външна енергия) и най-близо към него допустима лента (вж. Фиг.1). Допустимо зона, в която при възбуждане електроните могат да бъдат, наречена зона на проводимост, или свободна зона.
Ris.1.Obrazovanie енергийни ленти
От гледна точка на теорията на лента на твърди разделяне твърди метали, полупроводници и диелектрици на производство, въз основа на забранената зона и степента на запълване на разрешени енергийни групи.
Енергията на Bandgap на активиране DW наречена вътрешна проводимост. Смята се, че когато DW £ 2 EV (електронволта) е полупроводников чип, когато - DW> 2 EV диелектрик. Определяне на вероятността за намиране на електрони при дадено ниво на мощност в даден абсолютна температура с помощта на функцията Ферми:
Функция (1) вероятността за намиране на електрона при дадено ниво на енергия. В уравнение (1) W- това ниво на енергия; к- Болцман константа; Т-абсолютна температура; параметър, наречен на нивото на Ферми. Нивото Ферми - това е последният слой, изпълнен с електрони при Т = 0 K 0 От уравнение (1) показва, че: 1) Т = 0 K 0, W<. то F(W)=1; 2) Т=0 0 К, W<. то F(W)=0; 3) T>0 0 К, W =. на F (W) = 0,5.
Електроните от горните енергийните нива на бандата валентност в подготовката на външната енергия (топлина, светлина и т.н.) може да се движи към енергийните нива на проводимата зона.
При напускане на електрона в валентната зона остава безплатно (свободно) пространство, наречено дупки. Дупките, както и електроните са в състояние да "премести" в кристала, като се появи свободно място може да бъде заето от електрони, енергията, която се намира под отишло от валентните групата на енергията и на тяхно място има и дупки.
По този начин в полупроводника такса превозвачи са електрони и дупки.
По този начин, електроните в движението валентност лента причинява движение в обратна посока на дупките. При липса на външно електрическо поле, електроните, една дупка и следователно се движат произволно. Под влияние на външно електрическо поле, движението на електрона става нареди, електроните ще се движат срещу посоката на електричното поле, а дупките - в посока на полето.
Електропроводимостта на вътрешен полупроводников, което възниква поради нарушение на валентните връзки, наречен собствените си.
Процесът на образуване на двойка електрон проводимост наречената проводимост отвор поколение двойка на носители на заряд.
Процесът на събиране на електрона и дупка се нарича рекомбинация.
Средната живот на една двойка на носители на заряд се нарича време на живота си.
Средното разстояние, изминато от жизнения цикъл на зареждане на носител за нарича такса дължина носител дифузия (Lp -за дупки, Ln -за електрони).
Проводниците присъщата ниво Ферми се намира в средата на забранената зона (вж. Фигура 2).
Фиг. 2 място на нивото на Ферми
Примес проводимост. Ако някои от полупроводникови атоми са заместени в кристалната решетка атоми, валентността на който се различава от един от основните валентните атоми възниква тип проводимост наречен примес. Онечиствания атома, чиито валентност по-висока от валентността на основните атоми са наречени донор (или донор), в този случай, електропроводимостта се дължи главно на техните електрони се наричат мнозинството носители и дупките - не съществено значение.
Енергийното ниво на свободните електрони ще се намира в пропастта в долната част на проводимата зона. Тя се нарича ниво на донора. Нивото на Ферми е изместен от midgap на края на лентата проводимост (вж. Фигура 3).
DWA йонизационна енергия на акцептор
Фигура 3 Aktsentornye и нива донори
Онечиствания атома, чиито валентност ниска валентност основни атоми са наречени акцептор (акцептор). В този случай, електропроводимостта се дължи основно на дупките, които се наричат мажоритарни превозвачи, а електроните - малцинство.
Енергийното ниво на свободните дупки ще се намира в пропастта в горната част на валентната зона, тя се нарича ниво на акцептор. Нивото на Ферми се премества в началото на валентната зона (вж. фигура 3b).
А PN кръстопът и нейните свойства.
При контакт на две полупроводници с различен тип проводимост примес (п - и р-тип) е оформен в областта на интерфейс, който се нарича PN възел или PN възел.
Свойствата на кръстовището PN формирани на базата на принципа на действие на по-голямата част на полупроводникови устройства. Контакт р-п преход се извършва сложни методи за обработка. След като се появява контакт във всяка област е разделена на равни концентрации на примеси йони и безплатно зареждане. Тъй като в р концентрация отвор PP значително по-високи концентрации в отвори п Pn. (Rr >> Pn) NH и п концентрация на електрони в много по-ниска концентрация в р регион, има дифузия на отвори в п-тип област и електрони в региона на р-тип.
Поради отвор грижи от р регион не образува компенсира отрицателен заряд на акцептор примес йон в него, и електрон отклонение от областта на п образуван от положителен йон заряд донор примес в него.
Някои от електрони и дупки са уловени в съседния участък може да рекомбинират, което дава равновесните концентрации на свободни носители заряд между фиксирани и примеси йони.
В резултат на това около границата между регионите, създадени обемни двуслойни изчерпани мажоритарните превозвачи. Той пръска високо съпротивление. Тя се нарича блокиращ слой или р-п възел. такси пространство са на противоположни знаци и създават електрическо поле на рп perehoda.Napryazhennost тази област. насочен далеч от положително заредени слой към отрицателно зареден слой (вж. фиг. 4). За повечето носители всяка площ се спирачен, предотвратявайки по този начин допълнително прехвърляне дифузия през р-п възел мнозинството носители. електрическа сила на полето Е заедно с характеризиращо капацитет. Разликата в потенциалите в р-н възел се нарича контакт. Стойността се нарича контакт потенциална разлика от потенциален височината на бариера. ()
Фиг. 4 Електрически поле р-п преход
От гледна точка на теорията на лента на твърди вещества потенциал бариера () е оформен както следва от: (. Виж фиг.5) на контакт р- полупроводници и п-тип се образува единна система в които нивото на Ферми е обща за областите р и п-тип.