![]() Заглавная страница Избранные статьи Случайная статья Познавательные статьи Новые добавления Обратная связь КАТЕГОРИИ: ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() ТОП 10 на сайте Приготовление дезинфицирующих растворов различной концентрацииТехника нижней прямой подачи мяча. Франко-прусская война (причины и последствия) Организация работы процедурного кабинета Смысловое и механическое запоминание, их место и роль в усвоении знаний Коммуникативные барьеры и пути их преодоления Обработка изделий медицинского назначения многократного применения Образцы текста публицистического стиля Четыре типа изменения баланса Задачи с ответами для Всероссийской олимпиады по праву ![]() Мы поможем в написании ваших работ! ЗНАЕТЕ ЛИ ВЫ?
Влияние общества на человека
Приготовление дезинфицирующих растворов различной концентрации Практические работы по географии для 6 класса Организация работы процедурного кабинета Изменения в неживой природе осенью Уборка процедурного кабинета Сольфеджио. Все правила по сольфеджио Балочные системы. Определение реакций опор и моментов защемления |
Прямое и обратное включение p-n перехода
Свойства p-n перехода
1) Образование электронно-дырочного перехода. Ввиду неравномерной концен- трации на границе раздела p и n полупроводника возникает диффузионный ток, за счёт ко- торого электроны из n-области переходят в p-область, а на их месте остаются некомпенси- рованные заряды положительных ионов донорной примеси. Электроны, приходящие в p- область, рекомбинируют с дырками, и возникают некомпенсированные заряды отрицатель- ных ионов акцепторной примеси. Ширина p-n перехода – десятые доли микрона. На грани- це раздела возникает внутреннее электрическое поле p-n перехода, которое будет тормозя- щим для основных носителей заряда и будет их отбрасывать от границы раздела. Р n
Si Si Si Si
- + В + - Р
Si Si Si Si
Рис. 13 Для неосновных носителей заряда поле будет ускоряющим и будет переносить их в область, где они будут основными. Максимум напряжённости электрического поля – на границе разде- ла. + - + - - + - - + - + + p - + n
E DC
x j
j к
x
Рис. 14 Распределение потенциала по ширине полупроводника называется потенциальной диаграм- мой. Разность потенциалов на p-n переходе называется контактной разностью потенциалов или потенциальным барьером. Для того, чтобы основной носитель заряда смог преодолеть p-n переход, его энергия должна быть достаточной для преодоления потенциального барьера. Прямое и обратное включение p-n перехода. Приложим внешнее напряжение плюсом к p-области. Внешнее электрическое поле направле- но навстречу внутреннему полю p-n перехода, что приводит к уменьшению потенциального барьера. Основные носители зарядов легко смогут преодолеть потенциальный барьер, и поэто- му через p-n переход будет протекать сравнительно большой ток, вызванный основными носи- телями заряда.
E в н.
Eв н.
- + - + - + - + p - +
E p -n.
n
- + - + - + Ep-n. - + - +
j D C p n
j DC
x x
D x Dx'
Р и с. 1 5
Р ис. 1 6
Такое включение p-n перехода называется прямым, и ток через p-n переход, вызванный основными носителями заряда, также называется прямым током. Считается, что при прямом включении p-n переход открыт. Если подключить внешнее напряжение минусом на p-область, а плюсом на n-область, то возникает внешнее электрическое поле, линии напряжённости кото- рого совпадают с внутренним полем p-n перехода. В результате это приведёт к увеличению по- тенциального барьера и ширины p-n перехода. Основные носители заряда не смогут преодо- леть p-n переход, и считается, что p-n переход закрыт. Оба поля – и внутреннее и внешнее - яв- ляются ускоряющими для неосновных носителей заряда, поэтому неосновные носители заряда будут проходить через p-n переход, образуя очень маленький ток, который называется обрат- ным током. Такое включение p-n перехода также называется обратным.
3) Свойства p-n перехода. К основным свойствам p-n перехода относятся: свойство односторонней проводимости; температурные свойства p-n перехода; частотные свойства p-n перехода; пробой p-n перехода. Свойство односторонней проводимости p-n перехода нетрудно рассмотреть на вольтамперной характеристике. Вольтамперной характеристикой (ВАХ) называется графически выраженная зависимость величины протекающего через p-n переход тока от величины приложенного напряжения. I=f(U). Будем считать прямое напряжение положительным, обратное – отрицательным. Ток через p-n переход может быть определён следующим образом: e' × U
I = I 0× e
k × T -1 , где I0 – ток, вызванный прохождением собственных носителей заряда; e – основание натурального логарифма; e’ – заряд электрона; Т – температура; U – напряжение, приложенное к p-n переходу; k – постоянная Больцмана. При прямом включении:
Iпр = I 0× e e ' × U k × T
-1 e ' k × T
= const = c I = f U Iпр = I 0× e ec × U ≫1
c × U
-1 Iпр = I 0× e c × U При увеличении прямого напряжения прямой ток изменяется по экспоненциальному закону. При обратном включении: - c × U Iобр = I 0× e e - c × U ≪1 Iобр =- I 0 -1
o o
Iпр t2 >t1
Uобр
Iобр Uпр
Рис. 17 Так как величина обратного тока во много раз меньше, чем прямого, то обратным током мож- но пренебречь и считать, что p-n переход проводит ток только в одну сторону.
Температурное свойство p-n перехода показывает, как изменяется работа p-n перехода при из- менении температуры. На p-n переход в значительной степени влияет нагрев, в очень малой степени – охлаждение. При увеличении температуры увеличивается термогенерация носи- телей заряда, что приводит к увеличению как прямого, так и обратного тока. Частотные свойства p-n перехода показывают, как работает p-n переход при подаче на него переменного напряжения высокой частоты. Частотные свойства p-n перехода определяются двумя видами ёмкости перехода.
Sp-n - + - - + +
P n
D Х
Рис. 18 Первый вид ёмкости – это ёмкость, обусловленная неподвижными зарядами ионов донорной и акцепторной примеси. Она называется зарядной, или барьерной ёмкостью. ε×ε0× S C = d ε×ε0× Sp - n C = x Второй тип ёмкости – это диффузионная ёмкость, обусловленная диффузией подвижных носи- телей заряда через p-n переход при прямом включении. Cдиф = QUnp Q– суммарный заряд, протекающий через p-nпереход.
Ri
Сi
Cp-n = Cбарьерн.+Сдиф.
Рис. 19 Ri – внутреннее сопротивление p-n перехода. Ri очень мало при прямом включении [Ri = (n∙1 ÷ n∙10) Ом] и будет велико при обратном включении [Riобр = (n∙100 кОм ÷ n∙1 МОм)]. x =1 c × c
U
+ +
t -
Рис. 20 Если на p-n переход подавать переменное напряжение, то ёмкостное сопротивление p-n пере- хода будет уменьшаться с увеличением частоты, и при некоторых больших частотах ём- костное сопротивление может сравняться с внутренним сопротивлением p-n перехода при пря- мом включении. В этом случае при обратном включении через эту ёмкость потечёт достаточно большой обратный ток, и p-n переход потеряет свойство односторонней проводимости. Вывод: чем меньше величина ёмкости p-n перехода, тем на более высоких частотах он может работать. На частотные свойства основное влияние оказывает барьерная ёмкость, т. к. диффузионная ёмкость имеет место при прямом включении, когда внутреннее сопротивление p-n перехода мало. Пробой p-n перехода. Iобр = - Io Iпр
U о б р Uпр
У ч а с т о к э л е к т р и ч е с к о г о п р о б о я
У ч а с т о к т е п л о в о г о п р о б о я
Iо б р
Р ис. 2 1 При увеличении обратного напряжения энергия электрического поля становится достаточной для генерации носителей заряда. Это приводит к сильному увеличению обратного тока. Явление сильного увеличения обратного тока при определённом обратном напряжении назы- вается электрическим пробоем p-n перехода. Электрический пробой – это обратимый пробой, т. е. при уменьшении обратного напряжения p-n переход восстанавливает свойство односторонней проводимости. Если обратное напряже- ние не уменьшить, то полупроводник сильно нагреется за счёт теплового действия тока и p-n переход сгорает. Такое явление называется тепловым пробоем p-n перехода. Тепловой пробой необратим. Полупроводниковые приборы Устройство, классификация и основные параметры полупроводниковых диодов
Классификация и условные обозначения полупроводниковых диодов Конструкция полупроводниковых диодов Вольтамперная характеристика и основные параметры полупроводни- ковых диодов
1) Классификация и условные обозначения полупроводниковых диодов. Полупроводни- ковым диодом называется устройство, состоящее из кристалла полупроводника, содержа- щее обычно один p-n переход и имеющее два вывода. Классификация диодов производится по следующим признакам: 1] По конструкции: плоскостные диоды; точечные диоды; микросплавные диоды. 2] По мощности: маломощные; средней мощности; мощные. 3] По частоте: низкочастотные; высокочастотные; СВЧ. 4] По функциональному назначению: выпрямительные диоды; импульсные диоды; стабилитроны; варикапы; светодиоды; тоннельные диоды и так далее. Условное обозначение диодов подразделяется на два вида: - маркировка диодов; - условное графическое обозначение (УГО) – обозначение на принципиальных электрических схемах. По старому ГОСТу все диоды обозначались буквой Д и цифрой, которая указывала на элек- трические параметры, находящиеся в справочнике. Новый ГОСТ на маркировку диодов состоит из 4 обозначений: К С -156 А Г Д -507 Б
I II III IV
Рис. 26
I – показывает материал полупроводника Г (1) – германий; К (2) – кремний; А (3) – арсенид галлия. II – тип полупроводникового диода: Д – выпрямительные, ВЧ и импульсные диоды; А – диоды СВЧ; C – стабилитроны; В – варикапы; И – туннельные диоды; Ф – фотодиоды; Л – светодиоды; Ц – выпрямительные столбы и блоки. III – три цифры – группа диодов по своим электрическим параметрам: ì101¸399 выпрямительные ï Д í 401¸499 ВЧдиоды ï 501¸599 импульсные IV – модификация диодов в данной (третьей) группе. УГО:
а) б) в) г) д) е) ж) з) а) Так обозначают выпрямительные, высокочастотные, СВЧ, импульсные и диоды Гана; б) стабилитроны; в) варикапы; г) тоннельные диоды; д) диоды Шоттки; е) светодиоды; ж) фотодиоды; з) выпрямительные блоки Рис. 27
2) Конструкция полупроводниковых диодов. Основой плоскостных и точечных диодов яв- ляется кристалл полупроводника n-типа проводимости, который называется базой транзи- стора. База припаивается к металлической пластинке, которая называется кристаллодержа- телем. Для плоскостного диода на базу накладывается материал акцепторной примеси и в вакуумной печи при высокой температуре (порядка 500 °С) происходит диффузия акцеп- торной примеси в базу диода, в результате чего образуется область p-типа проводимости и p-n переход большой плоскости (отсюда название). Вывод от p-области называется анодом, а вывод от n-области – катодом (смотрите рисунок
28). А а к це п то р н а я п р и м е с ь
база P кристаллодерж а те ль n
К
Р ис. 2 8
Большая плоскость p-n перехода плоскостных диодов позволяет им работать при больших прямых токах, но за счёт большой барьерной ёмкости они будут низкочастотными. Точечные диоды.
А I б а за кр ис та л- ло д е р - жа те ль n
К
Р ис. 2 9
К базе точечного диода подводят вольфрамовую проволоку, легированную атомами акцептор- ной примеси, и через неё пропускают импульсы тока силой до 1А. В точке разогрева атомы ак- цепторной примеси переходят в базу, образуя p-область (смотрите рисунок 30). Вольфрамовая игла
Область p-типа
Область n-типа
P
n
Р ис. 3 0
Получается p-n переход очень малой площади. За счёт этого точечные диоды будут высокоча- стотными, но могут работать лишь на малых прямых токах (десятки миллиампер). Микросплавные диоды. Их получают путём сплавления микрокристаллов полупроводников p- и n- типа проводимо- сти. По своему характеру микросплавные диоды будут плоскостные, а по своим параметрам – точечные.
|
||||||||
Последнее изменение этой страницы: 2016-09-05; просмотров: 531; Нарушение авторского права страницы; Мы поможем в написании вашей работы! infopedia.su Все материалы представленные на сайте исключительно с целью ознакомления читателями и не преследуют коммерческих целей или нарушение авторских прав. Обратная связь - 52.14.48.90 (0.074 с.) |