Moskovsko rudarstvo Državno sveučilište

Sažetak

u predmetu KRUGOTEHNIKA

Poluvodički uređaji.

(dioda, tranzistor, tranzistor s efektom polja)

Umjetnost. gr. CAD-1V-96

Tsarev A.V.

Moskva 1999

Sadržaj

Poluvodičke diode.

Poluvodički tranzistori.

MOS tranzistori s efektom polja.

Književnost.

Poluvodičke diode

Dioda je poluvodički uređaj koji odašilje električna struja samo u jednom smjeru i ima dvije stezaljke za uključivanje u električni krug.

Poluvodička dioda je poluvodički uređaj s p-n spojem. Radni element je kristal germanija, koji ima n-tip vodljivosti zbog malog dodatka donorske primjese da bi se u njemu stvorili p-n spojevi, indij se topi u jednu od njegovih površina. Zbog difuzije atoma indija duboko u monokristal germanija, na površini germanija formira se p-tip područja. Ostatak germanija je još uvijek n-tipa. Između ova dva područja javlja se pn spoj. Kako bi se spriječilo štetno djelovanje zraka i svjetlosti, kristal germanija se nalazi u zatvorenom kućištu. uređaj i shematski prikaz poluvodičke diode:

Prednosti poluvodičkih dioda su mala veličina i težina, dug radni vijek, visoka mehanička čvrstoća; Nedostatak je što njihovi parametri ovise o temperaturi.

Volt-amperska karakteristika diode (pri visokom naponu struja doseže svoju najveću vrijednost - struja zasićenja) je nelinearna, stoga se svojstva diode procjenjuju nagibom karakteristike:

Poluvodički tranzistori

Svojstva pn spoja mogu se koristiti za stvaranje električnog pojačala koje se zove poluvodička trioda ili tranzistor.

U poluvodičkoj triodi dva p-područja kristala su odvojena uskim n-područjem. Takva se trioda konvencionalno označava kao p-n-p. Također možete napraviti n-p-n triodu, t.j. odvajaju dva n-područja kristala s uskim p-područjem (sl.).

Trioda p-n-p tipa sastoji se od tri područja, od kojih krajnje vanjsko ima rupičastu vodljivost, a srednje elektronsku vodljivost. Neovisni kontakti e, b i k napravljeni su na ova tri područja triode, što omogućuje primjenu različitih napona na lijevi p-n spoj između kontakata e i b i na desni n-p spoj između kontakata b i k.

Ako se reverzni napon primijeni na desni spoj, on će biti zaključan i kroz njega će teći vrlo malo reverzne struje. Primijenimo sada istosmjerni napon na lijevi p-n spoj, tada će značajna struja naprijed početi prolaziti kroz njega.

Jedno od područja triode, na primjer lijevo, obično sadrži stotine puta više primjesa p-tipa od količine n-primjesa u n-području. Stoga će se struja prema naprijed kroz pn spoj sastojati gotovo isključivo od rupa koje se kreću s lijeva na desno. Kada se jednom nađu u n-području triode, rupe podvrgnute toplinskom kretanju difundiraju prema n-p spoju, ali djelomično imaju vremena proći kroz rekombinaciju sa slobodnim elektronima n-područja. Ali ako je n-područje usko i u njemu nema previše slobodnih elektrona (nije izražen vodič n-tipa), tada će većina rupa doći do drugog prijelaza i, ušavši u njega, bit će pomaknuta njegovim poljem u desnu p-regiju. U dobrim triodama, tok rupa koje prodiru u desno p-područje je 99% ili više od toka koji prodire s lijeve strane u n-područje.

Ako je, u nedostatku napona između točaka g i b, povratna struja u n-p spoju vrlo mala, tada nakon što se napon pojavi na stezaljkama g i b, ta struja je gotovo jednako velika kao struja naprijed u lijevom spojnica. Na ovaj način možete kontrolirati jakost struje u desnom (zaključanom) n-p spoju pomoću lijevog p-n spoja. Blokiranjem lijevog spoja zaustavljamo protok kroz desni spoj; otvaranjem lijevog spoja dobivamo struju u desnom spoju. Promjenom veličine prednjeg napona na lijevom spoju, promijenit ćemo jakost struje u desnom spoju. To je osnova za korištenje pnp triode kao pojačala.

Kada trioda (slika) radi, otpor opterećenja R spojen je na desni spoj i pomoću baterije B primjenjuje se obrnuti napon (desetke volti), koji blokira spoj. U ovom slučaju, vrlo mala reverzna struja teče kroz spoj, a cijeli napon baterije B se dovodi na n-p spoj. Na opterećenju napon je nula. Ako sada primijenite mali prednji napon na lijevi spoj, tada će mala prednja struja početi teći kroz njega. Skoro ista struja će početi teći kroz desni spoj, stvarajući pad napona na otporu opterećenja R. Napon na desnom n-p spoju se smanjuje, jer sada dio napona baterije pada preko otpora opterećenja.

Kako se prednji napon na lijevom spoju povećava, struja kroz desni spoj raste, a napon preko otpora opterećenja R raste kada je lijevi p-n spoj otvoren, struja kroz desni n-p spoj postaje toliko velika da značajan dio napon baterije B pada na otporu opterećenja R.

Dakle, primjenom istosmjernog napona jednakog frakcijama volta na lijevi spoj, moguće je dobiti veliku struju kroz opterećenje, a napon preko njega bit će značajan dio napona baterije B, tj. deseci volti. Promjenom napona koji se dovodi na lijevi spoj za stotinke volta, mijenjamo napon na opterećenju za desetke volti. Na taj način se postiže pojačanje napona.

Kod ove triodne sheme spajanja nema pojačanja struje, jer je struja koja teče kroz desni spoj čak nešto manja od struje koja teče kroz lijevi spoj. Ali zbog pojačanja napona, ovdje dolazi do pojačanja snage. U konačnici, dobitak snage se događa zbog energije izvora B.

Djelovanje tranzistora može se usporediti s djelovanjem brane. Uz pomoć stalnog izvora (tok rijeke) i brane stvara se razlika u vodostajima. Trošeći vrlo malo energije na okomito kretanje ventila, možemo kontrolirati protok vode velike snage, tj. upravljati energijom snažnog stalnog izvora.

Prijelaz spojen u smjeru prolaza (lijevo na slikama) naziva se emiter, a prijelaz spojen u smjeru blokiranja (desno na slikama) naziva se kolektor. Srednji dio naziva se baza, lijevi je emiter, a desni kolektor. Debljina baze je samo nekoliko stotinki ili tisućinki milimetra.

Životni vijek poluvodičkih trioda i njihova učinkovitost višestruko su duži od elektroničkih cijevi. Zbog toga su tranzistori pronašli široku primjenu u mikroelektronici - televiziji, videu, audio, radio opremi i, naravno, u računalima. Zamjenjuju vakuumske cijevi u mnogim električnim krugovima znanstvene, industrijske i kućanske opreme.

Prednosti tranzistora u odnosu na vakuumske cijevi su iste kao i kod poluvodičkih dioda - odsutnost grijane katode, koja troši značajnu energiju i treba vremena da se zagrije. Osim toga, sami tranzistori su mnogo puta manji u masi i veličini od električnih žarulja, a tranzistori mogu raditi na nižim naponima.

No, uz pozitivne kvalitete, triode imaju i svoje nedostatke. Kao poluvodičke diode, tranzistori su vrlo osjetljivi na povišenje temperature, električna preopterećenja i visoko prodorno zračenje (kako bi tranzistor bio izdržljiviji, upakiran je u posebnu "kutiju").

Glavni materijali od kojih se izrađuju triode su silicij i germanij.

MOS tranzistori s efektom polja.

Tranzistor s efektom polja (FET) je poluvodički uređaj s tri elektrode u kojem električnu struju stvaraju glavni nositelji naboja pod djelovanjem uzdužnog električnog polja, a strujom upravlja poprečno električno polje koje stvara napon na kontrolnoj elektrodi.

Posljednjih godina uređaji koji koriste fenomene u pripovršinskom sloju poluvodiča zauzeli su veliko mjesto u elektronici. Glavni element takvih uređaja je struktura metal-dielektrik-poluvodič (MDS). Oksidni sloj, kao što je silicijev dioksid, često se koristi kao dielektrični sloj između metala i poluvodiča. Takve strukture se nazivaju MOS strukture. Metalna elektroda se obično nanosi na dielektrik vakuumskim raspršivanjem. Ova elektroda se naziva vrata.

PT su unipolarni poluvodički uređaji, budući da se njihov rad temelji na driftu nositelja naboja istog predznaka u uzdužnom električnom polju kroz kontrolirani kanal n- ili p-tipa. Strujom kroz kanal upravlja poprečno električno polje, a ne struja, kao kod bipolarnih tranzistora. Stoga se takvi tranzistori nazivaju tranzistori s efektom polja.

Tranzistori s efektom polja s ulazom p-n obrazac Ovisno o kanalu, prijelazi se dijele na PT s kanalom p-tipa i n-tipa. Kanal p-tipa ima rupičastu vodljivost, a kanal n-tipa elektronsku vodljivost.

Ako se na vrata primijeni određeni prednapon u odnosu na poluvodič, tada se na površini poluvodiča pojavljuje područje prostornog naboja, čiji je predznak suprotan predznaku naboja na vratima. U ovom području koncentracija nositelja struje može se značajno razlikovati od njihove volumne koncentracije.

Naelektrisanje pripovršinskog područja poluvodiča dovodi do pojave razlike potencijala između njega i volumena poluvodiča i, posljedično, do zakrivljenosti energetskih vrpci. S negativnim nabojem na vratima, energetske vrpce se savijaju prema gore, budući da kada se elektron pomiče iz mase prema površini, njegova se energija povećava. Ako su vrata pozitivno nabijena, zone se savijaju prema dolje.

Slika prikazuje tračnu strukturu n-poluvodiča s negativnim nabojem na vratima i prikazuje oznake glavnih veličina koje karakteriziraju površinu; razlika potencijala između površine i volumena poluvodiča; savijanje zona blizu površine; sredini pojasnog razmaka. Sa slike se može vidjeti da je u masi poluvodiča udaljenost od dna vodljivog pojasa do Fermijeve razine manja od udaljenosti od Fermijeve razine do vrha valentnog pojasa. Stoga je ravnotežna koncentracija elektrona veća od koncentracije šupljina: kao što bi trebalo biti za n-poluvodiče. U površinskom sloju prostornog naboja vrpce su savijene i udaljenost od dna vodljivog pojasa do Fermijeve razine kontinuirano se povećava kako se pomiče prema površini, a udaljenost od Fermijeve razine do vrha valentnog pojasa kontinuirano opada.

Savijanje zona blizu površine često se izražava u jedinicama kT i označava se Ys. Zatim, tijekom formiranja područja blizu površine poluvodiča, mogu se pojaviti tri važna slučaja: osiromašenje, inverzija i obogaćivanje ovog područja s nositeljima naboja. Ovi slučajevi za n- i p-tip poluvodiča prikazani su na slici.

Područje osiromašenja pojavljuje se kada se naboj vrata podudara u predznaku s predznakom glavnih nositelja struje. Savijanje pojasa uzrokovano takvim nabojem dovodi do povećanja udaljenosti od Fermijeve razine do dna vodljivog pojasa u poluvodiču n-tipa i do vrha valentnog pojasa u poluvodiču p-tipa. Povećanje te udaljenosti popraćeno je smanjenjem područja blizu površine u glavnim nositeljima. Pri visokoj gustoći naboja vrata, čiji se predznak podudara s predznakom naboja većinskih nositelja, kako se približava površini, ispada udaljenost od Fermijeve razine do vrha valentnog pojasa u poluvodiču n-tipa biti manji od udaljenosti do dna vodljivog pojasa. Kao rezultat toga, koncentracija nevećinskih nositelja naboja (rupa) na površini poluvodiča postaje veća od koncentracije glavnih nositelja i mijenja se vrsta vodljivosti ovog područja, iako je ovdje malo elektrona i šupljina, gotovo kao u vlastitom poluvodiču. Na samoj površini, međutim, može postojati isto toliko ili čak više nevećinskih nositelja nego većinskih nositelja u masi poluvodiča. Takvi visokovodljivi slojevi blizu površine s vrstom vodljivosti suprotnom od masenog sloja nazivaju se inverzijski slojevi. Uz inverzijski sloj duboko od površine nalazi se osiromašeni sloj.

Ako je predznak naboja vrata suprotan predznaku naboja glavnih nositelja struje u poluvodiču, tada se pod njegovim utjecajem glavninski nositelji privlače na površinu i njima obogaćuju pripovršinski sloj. Takvi se slojevi nazivaju obogaćeni.

U integriranoj elektronici, MIS strukture se naširoko koriste za stvaranje tranzistora i različitih integriranih sklopova koji se temelje na njima. Na sl. Shematski je prikazana struktura MOS tranzistora s izoliranim vratima. Tranzistor se sastoji od kristala silicija (na primjer, n-tipa), na čijoj se površini difuzijom (ili implantacijom iona) formiraju p-područja u prozore u oksidu, kao što je prikazano na sl. Jedno od tih područja naziva se izvor, drugo - odvod. Na njih se nanose ohmski kontakti. Razmak između područja prekriven je metalnim filmom, izoliranim od površine kristala slojem oksida. Ova elektroda tranzistora naziva se gate. Na granici između p- i n-područja pojavljuju se dva p-n spoja - sors i odvod, koji su prikazani na slici. prikazan sjenčanjem.

Na sl. Prikazana je shema spajanja tranzistora u strujni krug: plus je spojen na sors, minus sorsa napona na odvod, a minus sorsa na gate. Radi jednostavnosti razmatranja, pretpostavit ćemo da ne postoji kontaktna razlika potencijala, da nema naboja u oksidu i da nema površinskih stanja. Tada se svojstva površinskog područja, u nedostatku napona na vratima, ne razlikuju od svojstava poluvodiča u masi. Otpor između odvoda i sorsa je vrlo visok, budući da je pn spoj odvoda obrnuto prednapon. Primjena negativnog prednapona na vrata najprije dovodi do stvaranja područja osiromašenja ispod vrata, a na određenom naponu koji se naziva prag, do stvaranja područja inverzije koje povezuje p-područja izvora i odvoda s vodljivim kanalom. Pri višim naponima vrata, kanal postaje širi, a otpor odvod-izvor manji. Struktura o kojoj je riječ je dakle kontrolirani otpornik.

Međutim, otpor kanala je određen samo naponom vrata samo pri malim naponima odvoda. S povećanjem, nosioci iz kanala se pomiču u područje odvoda, osiromašeni sloj na n-p spoju odvoda se širi, a kanal se sužava. Ovisnost struje o naponu odvoda postaje nelinearna.

Kako se kanal sužava, broj slobodnih nositelja struje ispod vrata se smanjuje kako se približava odvodu. Da bi struja u kanalu bila ista u bilo kojem presjeku, električno polje duž kanala mora, u ovom slučaju, biti neuniformno, njegova jakost mora rasti kako se približava odvodu. Osim toga, pojava gradijenta koncentracije slobodnih nositelja struje duž kanala dovodi do pojave difuzijske komponente gustoće struje.

Pri određenom naponu na odvodu, kanal na odvodu se zatvara, s još većim pomakom, kanal se skraćuje prema sorsu. Blokiranje kanala, međutim, ne dovodi do nestanka struje odvoda, jer u osiromašenom sloju koji je blokirao kanal, električno polje povlači rupe duž površine. Kada nositelji struje iz kanala uđu u ovo područje zbog difuzije, polje ih pokupi i prenese u odvod. Dakle, kako napon na odvodu raste, čisti drift mehanizam kretanja nositelja struje duž kanala zamjenjuje se mehanizmom difuzije-drifta.

Mehanizam protoka struje u MIS tranzistoru sa zatvorenim kanalom ima neke zajedničke značajke s protokom struje u reverzno prednaponom n-p spoju. Podsjetimo se da u n-p spoju manjinski nositelji struje ulaze u područje prostornog naboja spoja zbog difuzije i zatim ih pokupi njegovo polje.

Kao što teorija i eksperiment pokazuju, nakon blokiranja kanala, odvodna struja je praktički zasićena. Vrijednost struje zasićenja ovisi o naponu vrata; što je napon veći, kanal je širi i struja zasićenja je veća. Ovo je tipičan efekt tranzistora - napon vrata (u ulaznom krugu) može kontrolirati struju odvoda (struja u izlaznom krugu). Karakteristična značajka MOS tranzistora je da je njegov ulaz kondenzator formiran metalnim vratima izoliranim od poluvodiča.

Na međupovršini poluvodič-dielektrik, u zabranjenom pojasu poluvodiča, postoje energetska stanja koja se nazivaju površinska ili, točnije, stanja sučelja. Valne funkcije elektrona u tim stanjima su lokalizirane blizu sučelja u područjima reda konstante rešetke. Razlog za pojavu stanja koja se razmatraju je nesavršenost međupovršine poluvodič-dielektrik (oksid). Na stvarnim sučeljima uvijek postoji određeni broj pokidanih veza i narušena je stehiometrija sastava dielektričnog oksidnog filma. Gustoća i priroda graničnih stanja značajno ovise o tehnologiji izrade dielektričnog filma.

Prisutnost površinskih stanja na sučelju poluvodič-dielektrik negativno utječe na parametre MOS tranzistora, budući da je dio naboja induciranog ispod vrata u poluvodiču zarobljen ovim stanjima. Uspjeh u stvaranju tranzistora s efektom polja ovog tipa postignut je nakon razvoja tehnologije za stvaranje filma na površini silicija s niskom gustoćom stanja na sučelju.

U samom silicijevom oksidu uvijek postoji pozitivan "ugrađen" naboj, čija priroda još uvijek nije u potpunosti shvaćena. Vrijednost ovog naboja ovisi o tehnologiji proizvodnje oksida i često se pokaže toliko velikom da ako se kao supstrat koristi silicij p-tipa, tada se na njegovoj površini formira inverzijski sloj čak i pri nultoj prednaprezanju vrata. Takvi se tranzistori nazivaju tranzistori s UGRAĐENIM KANALOM. Kanal u njima se održava čak i kada se neki negativni prednapon primijeni na vrata. Nasuprot tome, u tranzistorima izrađenim na n-supstratu, u kojima je potrebno previše oksidnog naboja da bi se formirao inverzijski sloj, kanal se pojavljuje samo kada se na vrata primijeni napon koji premašuje određeni napon praga. Predznak ovog otklona vrata trebao bi biti negativan za tranzistore s n-supstratom i pozitivan u slučaju p-supstrata.

Pri visokim naponima na odvodu MIS tranzistora, područje prostornog naboja iz područja odvoda može se tako jako proširiti da kanal u potpunosti nestane. Tada će nositelji iz jako dopiranog područja izvora pojuriti u odvod, baš kao kad se "probuši" baza bipolarnog tranzistora.

Književnost:

"Solid-state elektronika" G.I.Epifanov, Yu.A.Moma.

"Elektronika i mikrosklopovi" V.A. Skarzhepa, A.N. Lucenko.

Pripremljeno

Učenik 10 "A" razreda

škola br.610

Ivčin Aleksej

Sažetak na temu:

“Poluvodičke diode i tranzistori, njihova područja primjene”

2. Osnovni poluvodički elementi (građa i primjena)

3.Vrste poluvodičkih elemenata

4.Proizvodnja

5. Područje primjene

1. Poluvodiči: teorija i svojstva

Najprije se trebate upoznati s mehanizmom vodljivosti u poluvodičima. A da biste to učinili, trebate razumjeti prirodu veza koje drže atome poluvodičkog kristala jedan blizu drugoga. Na primjer, razmotrite kristal silicija.

Silicij je četverovalentni element. To znači da u vanjskom

ljuska atoma ima četiri elektrona, relativno slabo vezana

sa jezgrom. Broj najbližih susjeda svakog atoma silicija također je jednak

četiri. Interakcija para susjednih atoma provodi se pomoću

paionoelektronska veza koja se naziva kovalentna veza. U obrazovanju

Ova veza iz svakog atoma uključuje jednovalentni elektron, koji

koji su odcijepljeni od atoma (kolektivizirani kristalom) i kada

u svom kretanju najveći dio vremena provode u međuprostoru

susjednih atoma. Njihov negativni naboj drži pozitivne ione silicija jedan blizu drugoga. Svaki atom formira četiri veze sa svojim susjedima,

a bilo koji valentni elektron može se kretati duž jedne od njih. Došavši do susjednog atoma, može prijeći na sljedeći, a zatim dalje po cijelom kristalu.

Valentni elektroni pripadaju cijelom kristalu. Parne elektroničke veze silicija su prilično jake i ne mogu se prekinuti na niskim temperaturama. Stoga silicij ne provodi električnu struju pri niskim temperaturama. Valentni elektroni uključeni u vezivanje atoma čvrsto su vezani za kristalna rešetka, a vanjsko električno polje nema zamjetan utjecaj na njihovo kretanje.

Elektronska vodljivost.

Kod zagrijavanja silicija kinetička energijačestica se povećava, i

pojedinačne veze su prekinute. Neki elektroni napuštaju svoje orbite i postaju slobodni, poput elektrona u metalu. U električnom polju kreću se između čvorova rešetke, stvarajući električnu struju.

Vodljivost poluvodiča zbog prisutnosti slobodnih metala

elektroni elektroni naziva se elektronska vodljivost. S porastom temperature povećava se broj prekinutih veza, a time i slobodnih elektrona. Zagrijavanjem od 300 do 700 K povećava se broj slobodnih nositelja naboja s 10,17 na 10,24 1/m.3. To dovodi do smanjenja otpora.

Vodljivost rupa.

Kada se veza prekine, ona nastaje upražnjeno mjesto nedostajući elektron.

Zove se rupa. Rupa ima višak pozitivnog naboja u usporedbi s drugim, normalnim vezama. Položaj otvora u kristalu nije konstantan. Sljedeći proces se odvija kontinuirano. Jedan

s elektrona koji osiguravaju vezu atoma, skače na mjesto izmjene

stvorio rupe i ovdje uspostavlja par-elektronsku vezu.

i gdje je ovaj elektron iskočio, formira se nova rupa. Tako

Dakle, rupa se može kretati po kristalu.

Ako je jakost električnog polja u uzorku nula, tada se kretanje rupa, ekvivalentno kretanju pozitivnih naboja, događa nasumično i stoga ne stvara električnu struju. U prisutnosti električnog polja dolazi do uređenog kretanja šupljina, pa se električna struja povezana s kretanjem šupljina dodaje električnoj struji slobodnih elektrona. Smjer kretanja šupljina je suprotan smjeru kretanja elektrona.

Dakle, u poluvodičima postoje dvije vrste nositelja naboja: elektroni i šupljine. Stoga poluvodiči imaju ne samo elektronsku, već i šupljinu vodljivost. Vodljivost u tim uvjetima naziva se vlastita vodljivost poluvodiča. Vlastita vodljivost poluvodiča obično je niska, budući da je broj slobodnih elektrona mali, na primjer u germaniju pri sobnoj temperaturi ne = 3 na 10 u 23 cm u –3. U isto vrijeme, broj atoma germanija u 1 kubičnom cm je oko 10 u 23. Stoga je broj slobodnih elektrona otprilike jedan desetmilijarditi dio ukupan broj atomi.

Bitna značajka poluvodiča je da oni

u prisutnosti nečistoća, zajedno s vlastitom vodljivošću,

dodatna - nečistoća vodljivost. Promjena koncentracije

nečistoća, možete značajno promijeniti broj nositelja naboja

ili drugi znak. Zahvaljujući tome, moguće je stvoriti poluvodiče s

prevladavajuća koncentracija je ili negativna ili pozitivna

jako nabijeni nosioci. Ova značajka poluvodiča je otkrivena

pruža široke mogućnosti za praktičnu primjenu.

Donatorske nečistoće.

Ispostavilo se da u prisutnosti nečistoća, na primjer atoma arsena, čak i pri vrlo niskim koncentracijama, broj slobodnih elektrona raste u

mnogo puta. To se događa iz sljedećeg razloga. Atomi arsena imaju pet valentnih elektrona, od kojih su četiri uključena u stvaranje kovalentne veze između ovog atoma i okolnih atoma, na primjer, s atomima silicija. Peti valentni elektron je slabo vezan za atom. Lako napušta atom arsena i postaje slobodan. Koncentracija slobodnih elektrona značajno raste, te postaje tisuću puta veća od koncentracije slobodnih elektrona u čistom poluvodiču. Nečistoće koje lako predaju elektrone nazivaju se donorske primjese, a takvi poluvodiči su poluvodiči n-tipa. U poluvodiču n-tipa, elektroni su većinski nositelji naboja, a šupljine manjinski nositelji naboja.

Akceptorske nečistoće.

Ako se indij, čiji su atomi trovalentni, koristi kao nečistoća, tada se mijenja priroda vodljivosti poluvodiča. Sada, za formiranje normalnih parnih elektroničkih veza sa susjedima, atom indija ne radi

dobije elektron. Kao rezultat toga, formira se rupa. Broj rupa u kristalu

tale je jednak broju atoma nečistoća. Ova vrsta nečistoće

nazivaju se akceptor (prijamni). U prisutnosti električnog polja

rupe se miješaju preko polja i javlja se vodljivost rupa. Po-

poluvodiči s prevladavajućom vodljivošću šupljina nad elektronima

Zovu se poluvodiči p-tipa (od riječi positiv - pozitivan).

2. Osnovni poluvodički elementi (građa i primjena)

Dva su osnovna poluvodička elementa: dioda i tranzistor.

/>Poluvodičke diode danas se sve više koriste za ispravljanje električne struje u radijskim krugovima, uz dvoelektrodne žarulje, jer imaju niz prednosti. U vakuumskoj cijevi elektroni nositelji naboja nastaju zagrijavanjem katode. U p-n spoju, nositelji naboja nastaju kada se u kristal unese akceptor ili donor, dakle, nema potrebe za izvorom energije za dobivanje nositelja naboja. U složenim krugovima, uštede energije koje proizlaze iz ovoga su vrlo značajne. Osim toga, poluvodički ispravljači, s istim vrijednostima ispravljene struje, minijaturniji su od cijevnih ispravljača.

/> Poluvodičke diode izrađene su od germanija i silicija. selen i druge tvari. Razmotrimo kako nastaje p-n spoj pri uporabi donje nečistoće; taj se spoj ne može dobiti mehaničkim spajanjem dvaju poluvodiča različitih vrsta, jer to rezultira prevelikim razmakom između poluvodiča i poluvodiča. Ova debljina ne smije biti veća od međuatomskih udaljenosti. Stoga se indij topi na jednoj od površina uzorka. Zbog difuzije atoma indija duboko u monokristal germanija, na površini germanija se transformira područje s vodljivošću p-tipa. Ostatak uzorka germanija, u koji atomi indija nisu prodrli, još uvijek ima n-tip vodljivosti. Između regija javlja se p-n spoj. U poluvodiču diodegermanij služi kao katoda, a indij kao anoda. Na slici 1 prikazan je izravni (b) i obrnuti (c) spoj diode.

Strujno-naponska karakteristika za izravne i obrnute spojeve prikazana je na slici 2.

Zamijenili su svjetiljke i vrlo su široko korišteni u tehnici, uglavnom za ispravljače; diode su također našle primjenu u raznim uređajima.

Tranzistor.

/> Razmotrimo jednu vrstu tranzistora izrađenog od germanija ili silicija s donorskim i akceptorskim nečistoćama unesenim u njih. Raspodjela nečistoća je takva da se između dva sloja poluvodiča p-tipa stvara vrlo tanak (reda veličine nekoliko mikrometara) sloj poluvodiča n-tipa. 3. Taj tanki sloj naziva se baza ili baza u kristalu formiraju se dva p-n spoja čiji su izravni smjerovi suprotni. Tri terminala iz područja s različitim vrstama vodljivosti omogućuju spajanje tranzistora na krug prikazan na slici 3. Ovom vezom

Lijevi pn spoj je izravan i odvaja bazu od područja s p-tipom vodljivosti, koje se naziva emiter. Da nema desnog p–n spoja, u krugu emiter-baza postojala bi struja, ovisno o naponu izvora (baterija B1 i izvor izmjeničnog napona).

otpor) i otpor kruga, uključujući mali izravni otpor

/>prijelaz emiter-baza. Baterija B2 spojena je tako da je desni pn spoj u krugu (vidi sl. 3) obrnut. Odvaja bazu od desnog područja s p-tipom vodljivosti, koji se naziva kolektor. Da nema lijevog pn spoja, jakost struje kolektorskog kruga bila bi blizu nule, jer je otpor obrnutog spoja vrlo visok. Kada postoji struja u lijevom p-n spoju, struja se pojavljuje u kolektorskom krugu, a jakost struje u kolektoru je samo malo manja od jakosti struje u emiteru, kada se stvori napon između emitera i baze. glavni nosioci p-tipa poluvodiča - rupe prodiru u bazu, gdje su već glavni nosioci nosioci. Budući da je debljina baze vrlo mala i broj glavnih nositelja (elektrona) u njoj mali, rupe koje ulaze u nju gotovo se ne kombiniraju (ne rekombiniraju) s elektronima baze i prodiru u kolektor zbog do difuzije. Desni pn spoj zatvoren je za glavne nositelje naboja baze - elektrone, ali ne i za šupljine. Rupe u kolektoru odnese električno polje i zaokruži strujni krug. Snaga struje koja se grana u krug emitera iz baze je vrlo mala, jer je površina poprečnog presjeka baze u vodoravnoj (vidi sliku 3) ravnini mnogo manja od poprečnog presjeka u okomitoj ravnini . Jačina struje u kolektoru je gotovo jednako snazi struja u emiteru, mijenja se sa strujom u emiteru. Otpor otpornika R /> malo utječe na struju u kolektoru, a taj se otpor može učiniti prilično velikim. Kontroliranjem struje emitera pomoću izvora izmjeničnog napona spojenog na njegov krug, dobivamo sinkronu promjenu napona na otporniku. Ako je otpor otpornika velik, promjena napona na njemu može biti nekoliko desetaka tisuća puta veća od promjene signala u krugu emitera, što znači povećanje napona. Stoga je pomoću opterećenja R moguće dobiti električne signale čija je snaga višestruko veća od snage koja se dovodi u krug emitera. Oni zamjenjuju vakuumske cijevi i naširoko se koriste u tehnologiji.

3.Vrste poluvodičkih elemenata.

/>Osim planarnih dioda (slika 8) i tranzistora postoje i točkaste diode (slika 4). Tranzistori točka-točka (vidi sliku za strukturu) se lijevaju prije upotrebe, tj. propuštaju struju određene veličine, zbog čega se ispod vrha žice formira područje s rupom vodljivosti. Tranzistori dolaze u pnp i n-p-n vrsta. Oznaka i općenito vidljivi su na slici 5.

Postoje foto- i termistori i varistori kao što je prikazano na slici. Planarne diode uključuju selenske ispravljače Osnova takve diode je čelična podloška, ​​obložena s jedne strane slojem selena, koji je poluvodič s rupom vodljivosti (vidi sliku 7). Površina selena obložena je slitinom kadmija, što rezultira stvaranjem filma s elektronskom vodljivošću, uslijed čega nastaje strujni ispravljački spoj. veća površina, veća je ispravljena struja.

4. Proizvodnja

/>Tehnologija proizvodnje diodata je slična. Komad indija se rastali na površini kvadratne ploče površine 2-4 cm2 i debljine nekoliko frakcija milimetra, izrezane iz poluvodičkog kristala s elektronskom vodljivošću. Indij je čvrsto legiran pločom. U ovom slučaju atomi indija prodiru (difundiraju) u debljinu ploče, tvoreći u njoj područje s prevladavajućom vodljivošću šupljina (slika 6.). različite vrste vodljivosti i p-n spoj između njih. Što je poluvodička pločica tanja. što je manji otpor diode u smjeru prema naprijed, veća je struja koju ispravlja dioda. Kontakti diode su kapljica indija i metalni disk ili šipka s olovnim vodičima

Nakon sastavljanja tranzistor se montira u kućište i spaja električni priključak. vodi do kontaktnih ploča kristala i tijela izvoda brtve tijelo.

5. Opseg primjene

/> Diode su vrlo pouzdane, ali je granica njihove uporabe od –70 do 125 C. Jer Točkasta dioda ima vrlo malu kontaktnu površinu, tako da struje koje takve diode mogu isporučiti nisu veće od 10-15 mA. I koriste se uglavnom za moduliranje visokofrekventnih oscilacija i za mjerne instrumente. Za bilo koju diodu postoje određene najveće dopuštene granice prednje i obrnute struje, ovisno o prednjem i obrnutom naponu i određujući njezina svojstva ispravljanja i čvrstoće.

Tranzistori su, poput dioda, osjetljivi na temperaturu i preopterećenje te na prodorno zračenje. Tranzistori, za razliku od radio cijevi, izgaraju zbog nepravilnog spajanja.

Pripremljeno

Učenik 10 "A" razreda

škola br.610

Ivčin Aleksej

Sažetak na temu:

“Poluvodičke diode i tranzistori, njihova područja primjene”

1. Poluvodiči: teorija i svojstva

2. Osnovni poluvodički elementi (građa i primjena)

3. Vrste poluvodičkih elemenata

4. Proizvodnja

5. Opseg primjene

1. Poluvodiči: teorija i svojstva

Najprije se treba upoznati s mehanizmom provođenja u poluvodičima. A da biste to učinili, trebate razumjeti prirodu veza koje drže atome poluvodičkog kristala jedan blizu drugoga. Na primjer, razmotrite kristal silicija.

Silicij je četverovalentni element. To znači da u vanjskom

ljuska atoma ima četiri elektrona, relativno slabo vezana

sa jezgrom. Broj najbližih susjeda svakog atoma silicija također je jednak

četiri. Interakcija para susjednih atoma provodi se pomoću

paionoelektronska veza koja se naziva kovalentna veza. U obrazovanju

ova veza iz svakog atoma uključuje jedan valentni elektron, ko-

koji su odcijepljeni od atoma (kolektivizirani kristalom) i kada

u svom kretanju najveći dio vremena provode u međuprostoru

susjednih atoma. Njihov negativni naboj drži pozitivne ione silicija jedan blizu drugoga. Svaki atom formira četiri veze sa svojim susjedima,

a bilo koji valentni elektron može se kretati duž jedne od njih. Došavši do susjednog atoma, može prijeći na sljedeći, a zatim dalje po cijelom kristalu.

Valentni elektroni pripadaju cijelom kristalu. Parno-elektronske veze silicija su prilično jake i ne pucaju na niskim temperaturama. Stoga silicij pri niskim temperaturama ne provodi električnu struju. Valentni elektroni koji sudjeluju u vezivanju atoma čvrsto su vezani za kristalnu rešetku, a vanjsko električno polje nema zamjetan učinak na njihovo kretanje.

Elektronska vodljivost.

Kada se silicij zagrijava, kinetička energija čestica se povećava, i

pojedinačne veze su prekinute. Neki elektroni napuštaju svoje orbite i postaju slobodni, poput elektrona u metalu. U električnom polju kreću se između čvorova rešetke, stvarajući električnu struju.

Vodljivost poluvodiča zbog prisutnosti slobodnih metala

elektroni elektroni naziva se elektronska vodljivost. S porastom temperature povećava se broj prekinutih veza, a time i slobodnih elektrona. Zagrijavanjem od 300 do 700 K povećava se broj slobodnih nositelja naboja s 10,17 na 10,24 1/m.3. To dovodi do smanjenja otpora.

Vodljivost rupa.

Kada se veza prekine, formira se prazno mjesto s nedostajućim elektronom.

Zove se rupa. Rupa ima višak pozitivnog naboja u usporedbi s drugim, normalnim vezama. Položaj otvora u kristalu nije konstantan. Sljedeći proces se odvija kontinuirano. Jedan

s elektrona koji osiguravaju vezu atoma, skače na mjesto izmjene

stvorio rupe i ovdje obnavlja par-elektronsku vezu.

i gdje je ovaj elektron iskočio, formira se nova rupa. Tako

Dakle, rupa se može kretati po kristalu.

Ako je jakost električnog polja u uzorku nula, tada se kretanje rupa, ekvivalentno kretanju pozitivnih naboja, događa nasumično i stoga ne stvara električnu struju. U prisutnosti električnog polja dolazi do uređenog kretanja šupljina, pa se električna struja povezana s kretanjem šupljina dodaje električnoj struji slobodnih elektrona. Smjer kretanja šupljina je suprotan smjeru kretanja elektrona.

Dakle, u poluvodičima postoje dvije vrste nositelja naboja: elektroni i šupljine. Stoga poluvodiči imaju ne samo elektronsku, već i šupljinu vodljivost. Vodljivost u tim uvjetima naziva se vlastita vodljivost poluvodiča. Vlastita vodljivost poluvodiča obično je niska, budući da je broj slobodnih elektrona mali, na primjer u germaniju pri sobnoj temperaturi ne = 3 na 10 u 23 cm u –3. U isto vrijeme, broj atoma germanija u 1 kubičnom cm je oko 10 u 23. Dakle, broj slobodnih elektrona je otprilike jedan desetmilijarditi dio ukupnog broja atoma.

Bitna značajka poluvodiča je da oni

u prisutnosti nečistoća, zajedno s vlastitom vodljivošću,

dodatna - nečistoća vodljivost. Promjena koncentracije

nečistoća, možete značajno promijeniti broj nositelja naboja

ili drugi znak. Zahvaljujući tome, moguće je stvoriti poluvodiče s

prevladavajuća koncentracija je ili negativna ili pozitivna

jako nabijeni nosioci. Ova značajka poluvodiča je otkrivena

pruža široke mogućnosti za praktičnu primjenu.

Donatorske nečistoće.

Ispostavilo se da u prisutnosti nečistoća, na primjer atoma arsena, čak i pri vrlo niskim koncentracijama, broj slobodnih elektrona raste u

mnogo puta. To se događa iz sljedećeg razloga. Atomi arsena imaju pet valentnih elektrona, od kojih su četiri uključena u stvaranje kovalentne veze između ovog atoma i okolnih atoma, na primjer, s atomima silicija. Čini se da je peti valentni elektron slabo vezan za atom. Lako napušta atom arsena i postaje slobodan. Koncentracija slobodnih elektrona značajno raste, te postaje tisuću puta veća od koncentracije slobodnih elektrona u čistom poluvodiču. Nečistoće koje lako predaju elektrone nazivaju se donorske primjese, a takvi poluvodiči su poluvodiči n-tipa. U poluvodiču n-tipa, elektroni su većinski nositelji naboja, a šupljine manjinski nositelji naboja.

Akceptorske nečistoće.

Ako se indij, čiji su atomi trovalentni, koristi kao nečistoća, tada se mijenja priroda vodljivosti poluvodiča. Da bi formirao normalne elektroničke veze sa svojim susjedima, atom indija to ne čini

dobije elektron. Kao rezultat toga, formira se rupa. Broj rupa u kristalu

tale je jednak broju atoma nečistoća. Ova vrsta nečistoće je

nazivaju se akceptor (prijamni). U prisutnosti električnog polja

rupe se miješaju preko polja i dolazi do provodljivosti rupa. Po-

poluvodiči s dominacijom provodljivosti šupljina nad elektronima

Zovu se poluvodiči p-tipa (od riječi positiv - pozitivan).

2. Osnovni poluvodički elementi (građa i primjena)

Dva su osnovna poluvodička elementa: dioda i tranzistor.

Danas se diode sve više koriste u poluvodičima za ispravljanje električne struje u radijskim krugovima, zajedno sa svjetiljkama s dvije elektrode, jer imaju niz prednosti. U vakuumskoj cijevi elektroni nositelji naboja nastaju zagrijavanjem katode. U p-n spoju, nositelji naboja nastaju kada se u kristal unese akceptor ili donor, dakle, nema potrebe za izvorom energije za dobivanje nositelja naboja. U složenim krugovima, uštede energije koje proizlaze iz ovoga su vrlo značajne. Osim toga, poluvodički ispravljači s istim vrijednostima ispravljene struje su minijaturniji od cijevnih ispravljača. Poluvodičke diode izrađuju se od germanija i silicija. selen i druge tvari. Razmotrimo kako nastaje p-n spoj pri uporabi donje nečistoće; taj se spoj ne može dobiti mehaničkim spajanjem dvaju poluvodiča različitih vrsta, jer to rezultira prevelikim razmakom između poluvodiča. Ova debljina ne smije biti veća od međuatomskih udaljenosti. Stoga se indij topi na jednoj od površina uzorka. Zbog difuzije atoma indija duboko u monokristal germanija, u blizini površine germanija se transformira područje s vodljivošću p-tipa. Ostatak uzorka germanija, u koji atomi indija nisu prodrli, još uvijek ima n-tip vodljivosti. Između regija javlja se p-n spoj. U poluvodičkoj diodi germanij služi kao katoda, a indij kao anoda. Na slici 1 prikazan je izravni (b) i obrnuti (c) spoj diode.

Strujno-naponske karakteristike za izravne i obrnute veze prikazane su na slici 2.

Zamijenili su svjetiljke i vrlo su široko korišteni u tehnici, uglavnom za ispravljače; diode su također našle primjenu u raznim uređajima.

Tranzistor.

Razmotrimo jednu vrstu tranzistora izrađenog od germanija ili silicija s unesenim donorskim i akceptorskim nečistoćama. Raspodjela nečistoća je takva da se između dva sloja poluvodiča p-tipa stvara vrlo tanak (reda nekoliko mikrometara) sloj poluvodiča n-tipa. 3. Taj tanki sloj naziva se baza ili baza u kristalu formiraju se dva p-n spoja čiji su izravni smjerovi suprotni. Tri terminala iz područja s različitim vrstama vodljivosti omogućuju spajanje tranzistora na krug prikazan na slici 3. Ovom vezom

Lijevi pn spoj je izravan i odvaja bazu od područja p-tipa koje se naziva emiter. Da nema desnog p–n spoja, postojala bi struja u krugu emiter-baza, ovisno o naponu izvora (baterija B1 i izvor izmjeničnog napona

otpor) i otpor kruga, uključujući mali izravni otpor

prijelaz emiter - baza. Baterija B2 spojena je tako da je desni pn spoj u krugu (vidi sl. 3) obrnut. Odvaja bazu od desnog područja p-tipa koje se naziva kolektor. Da nema lijevog pn spoja, strujni i kolektorski krug bili bi blizu nule. Budući da je otpor obrnutog spoja vrlo visok. Kada postoji struja u lijevom p-n spoju, struja se pojavljuje u kolektorskom krugu, a jakost struje u kolektoru je samo malo manja od jakosti struje u emiteru, kada se stvori napon između emitera i baze glavni nosioci p-tipa poluvodiča - rupice prodiru u bazu, gdr već su to glavni nosioci. Budući da je debljina baze vrlo mala i broj glavnih nositelja (elektrona) u njoj mali, rupe koje ulaze u nju gotovo se ne kombiniraju (ne rekombiniraju) s elektronima baze i prodiru u kolektor zbog do difuzije. Desni pn spoj zatvoren je za glavne nositelje naboja baze - elektrone, ali ne i za šupljine. U kolektoru, rupe su odnesene električnim poljem i dovršavaju krug. Snaga struje koja se grana u krug emitera iz baze je vrlo mala, jer je površina poprečnog presjeka baze u vodoravnoj (vidi sliku 3) ravnini mnogo manja od poprečnog presjeka u okomitoj ravnini . Struja u kolektoru, koja je gotovo jednaka struji u emiteru, mijenja se zajedno sa strujom u emiteru. Otpornik R ima mali utjecaj na struju kolektora, a taj se otpor može učiniti prilično velikim. Kontroliranjem struje emitera pomoću izvora izmjeničnog napona spojenog na njegov krug, dobivamo sinkronu promjenu napona na otporniku. Ako je otpor otpornika velik, promjena napona na njemu može biti nekoliko desetaka tisuća puta veća od promjene signala u krugu emitera, što znači povećanje napona. Stoga je pomoću opterećenja R moguće dobiti električne signale čija je snaga mnogo puta veća od snage koja ulazi u krug emitera. Oni zamjenjuju vakuumske cijevi i naširoko se koriste u tehnologiji.

Glavni element većine poluvodičkih elemenata je p-n spoj.

P-n spoj je područje na granici poluvodiča p i n tipa.

Uobičajeno, pn spoj se može prikazati na sljedeći način:

Pokus 12.3. Poluvodička dioda.

Svrha rada: Proučiti princip rada poluvodičke diode.

Oprema:

1. Podesivi izvor izmjeničnog napona
2. Osciloskop
3. Stalak sa dijagramom

Napredak u radu.

1. Instalacija se sastoji od izvora podesivog izmjeničnog napona, osciloskopa i stalka sa strujnim krugom. izmjenični napon iz izvora se dovodi do ulaza postolja. Na ekranu osciloskopa uočava se sinusoida. Ako povećate ili smanjite primijenjeni napon, amplituda sinusoidnog signala vidljivog na zaslonu osciloskopa se povećava ili smanjuje.

2. Proučimo prirodu struje koja teče kroz diodu. Napon koji ulazi u postolje primjenjuje se na rubove lanca koji se sastoji od serijski spojenih otpornika i diode. Kao rezultat toga, više ne prolazi kroz lanac AC, ali pulsirajući, budući da dioda ispravlja struju. Omogućuje protok struje u jednom smjeru, a ne u drugom. Na dijagramu je dioda prikazana na takav način da vrh trokuta, u ovoj fazi usmjeren prema gore, označava smjer struje koja prolazi kroz diodu. Da bi se utvrdilo kakva je priroda struje koja prolazi kroz diodu, na vertikalno pojačalo se nanosi napon koji se uklanja s krajeva otpora. Ovaj napon je proporcionalan struji koja teče kroz otpor. Uočeno je da struja kroz diodu zapravo teče samo u jednom smjeru. Pola periode nema struje - vodoravne dionice, pola perioda struja teče. To su polovice sinusoida koje gledaju prema dolje. Ali ako promijenite napon koji se dovodi na ulaz postolja, promijenit će se i količina struje koja teče kroz diodu. Dioda je uklonjena sa postolja (signal na ekranu osciloskopa je nestao). Ako zakrenete diodu za 180 stupnjeva, vrh trokuta na dijagramu bit će usmjeren prema dolje, tj. promijenit će se smjer struje koja teče kroz diodu. Nakon postavljanja diode na postolje, signal se ponovno pojavljuje na ekranu osciloskopa, ali sada se one poluperiode koje odgovaraju protoku struje kroz diodu prikazuju kao polovice sinusnog vala usmjerenog prema gore.

3. Strujno-naponska karakteristika diode - odnos između struje koja teče kroz diodu i napona koji se dovodi na diodu. Struja koja teče kroz diodu još uvijek je proporcionalna naponu na krajevima otpornika. Ovaj napon se dovodi na okomiti ulaz osciloskopa, a horizontalni ulaz se dovodi na napon s krajeva ovog lanca; on je proporcionalan naponu na diodi. Kao rezultat toga, strujno-naponska karakteristika diode promatra se na ekranu osciloskopa. Nema poluperiode struje, ovo je horizontalni presjek ove karakteristike, a poluperioda struja teče. Ovdje je ispunjen Ohmov zakon do određene mjere. Jačina struje koja teče kroz diodu proporcionalna je naponu primijenjenom na diodu. Ako povećate ili smanjite napon primijenjen na diodu, struja koja teče kroz diodu se u skladu s tim povećava ili smanjuje.

Zaključak: Jednosmjerna vodljivost p-n spoja omogućuje stvaranje ispravljačkog poluvodičkog uređaja - poluvodičke diode.

1. Znak vodljivosti odgovara znaku izvora, tada će se rupe kretati ulijevo, elektroni udesno. Kroz r-n tranziciji, teći će električna struja koja se sastoji od elektrona i šupljina.

2. Predznak vodljivosti je suprotan predznaku izvora, tada se nositelji naboja pomiču prema polovima ne prelazeći kontaktnu granicu poluvodiča, kroz p-n spoj ne dolazi do struje, dakle, p-n spoj ima jednosmjernu vodljivost.

pn spoj se koristi u poluvodičkim diodama.

Tranzistor je poluvodički element koji se sastoji od dva r-n prijelazi, uključen brojač. Emiter je područje tranzistora odakle dolaze nosioci naboja. Kolektor je područje u kojem teku nositelji naboja. Baza ima ulogu sličnu onoj kontrolne mreže u svjetiljci.

Tranzistori služe za pojačavanje električnih signala jer mala promjena napona između emitera i baze rezultira velikom promjenom napona na trošilu spojenom u kolektorskom krugu.

Pokus 12.4. Tranzistorsko istosmjerno pojačalo

Oprema:

1. Tranzistor na stalku

2. Fotodioda na stalku

3. Izvor struje V-24

4. Spajanje žica

5. Žarulja

6. Dva pokazna galvanometra

Dijagram instalacije (Sl. 117):

Kada je fotoćelija zatamnjena, struja je mala. Ako je fotoćelija osvijetljena, struja se povećava u sekciji G2.

Sigurnosna pitanja na § 12.

1) Definirajte poluvodiče?

2) Elementi kojih skupina periodnog sustava pripadaju poluvodičima?

3) Navedite dvije vrste nositelja električnog naboja prisutne u poluvodiču.

4) Navedite opremu u eksperimentu 12.1 “Djelovanje poluvodičke fotoćelije.”

5) Navedite opremu u eksperimentu 12.2 “Elektronsko-rupna vodljivost poluvodiča.”

6) Dajte p-n definicija prijelaz?

7) Navedite opremu u eksperimentu 12.3 “Poluvodička dioda”.

8) Definirajte strujno-naponsku karakteristiku?

9) Definirajte tranzistor?

10) Navedite opremu u eksperimentu 12.4 "DC tranzistorsko pojačalo."

11) Definirajte emiter?

12) Definirajte kolektor?

13) Zašto se tranzistor može koristiti za pojačavanje električnih signala?

14) Kako nastaje elektronska vodljivost germanija?

15) Kako nastaje vodljivost šupljina u germaniju?

16) Opišite strukturu selenske fotoćelije.

17) Koji poluvodički uređaj koristi jednosmjerno provođenje p-n spoja?

18) Opišite strukturu poluvodičke diode.

19) Koliko p-n spojevi postoji u tranzistoru?

20) Opišite strukturu tranzistora.

Jednosmjerno provođenje kontakata između dva poluvodiča (ili metala na poluvodič) koristi se za ispravljanje i pretvaranje izmjeničnih struja. Ako postoji jedan prijelaz elektron-šupljina, tada je njegovo djelovanje slično djelovanju dva

elektroda lampa – dioda Stoga se poluvodički uređaj koji sadrži jedan p-n spoj naziva poluvodička (kristalna) dioda. Poluvodič diode po dizajnu se dijele na točka I ravninski. Ako se kratkotrajni strujni impuls propusti kroz diodu u smjeru naprijed, nastaje sloj s p-vodljivošću. Na granici ovog sloja nastaje pn spoj s visokim koeficijentom ispravljanja. Zbog malog kapaciteta kontaktnog sloja točkaste diode koriste se kao detektori (ispravljači) visokofrekventnih oscilacija do centimetarskog područja valnih duljina.

p-n spojevi ne samo da imaju izvrsna ispravljačka svojstva, već se mogu koristiti i za pojačanje, a ako se u krug uvede povratna sprega, onda i za generiranje električnih oscilacija. Uređaji namijenjeni za ove svrhe su

dobio ime poluvodičke triode ili tranzistori. Za izradu tranzistora koriste se germanij i silicij koji se odlikuju velikom mehaničkom čvrstoćom, kemijskom otpornošću i većom od drugih

poluvodiči, pokretljivost nositelja struje. Poluvodičke triode dijelimo na točka I ravninski. Prvi značajno povećavaju napon, ali su im izlazne snage niske zbog opasnosti od pregrijavanja (npr. gornja granica radnog

Temperatura točkaste germanijeve triode je u rasponu od 50 - 80 °C. Planarne triode su jače. Možda su kao p-p-p i tip p-p-p ovisno o izmjeni područja s različitom vodljivošću. Tranzistor sastoji se od baze (srednji dio tranzistora), odašiljač I kolektor (područja uz bazu s obje strane s različitim tipom vodljivosti)

mostovi). Između emitera i baze primjenjuje se konstantan prednapon prednapona, a između baze i kolektora konstantan prednapon prednapona. Pojačani izmjenični napon napajanja -

na ulaznu impedanciju , a pojačani se uklanja s izlaznog otpora. Protok struje u krugu emitera

uglavnom je uzrokovano kretanjem rupa (one su glavni nositelji struje) i praćeno je njihovim ubrizgavanjem - ubrizgavanje - na područje baze. Rupe koje prodiru u podlogu difundiraju prema kolektoru i to male debljine

Ne u bazi, značajan dio ubrizganih rupa doseže kolektor. Ovdje su rupe zarobljene poljem koje djeluje unutar spojnice (privučene negativno nabijenom kolektoru), uslijed čega se kolektorska struja mijenja. Stoga, svi

Neka promjena struje u krugu emitera uzrokuje promjenu struje u krugu kolektora. Tranzistor, poput vakuumske cijevi,

daje povećanje i napona i snage.

25.(Lorentzova sila. Rad Lorentzove sile. Hallov efekt)

Sila koja djeluje na električni naboj Q, kreće se u magnetskom polju brzinom V , nazvao Lorentzova sila i izražava se formulom, gdje je U- indukcija magnetsko polje, u kojem se kreće naboj.

Modul Lorentzove sile , gdje je α kut između v I U. Lorentzova sila uvijek je okomita na brzinu gibanja nabijene čestice, pa samo mijenja smjer te brzine, ne mijenjajući njen modul. Stoga, Lorentzova sila

ne radi nikakav posao. Drugim riječima, konstantno magnetsko polje ne vrši rad na nabijenoj čestici koja se kreće u njemu, a kinetička energija te čestice se ne mijenja kada se kreće u magnetskom polju. Ako na pokretnoj električnoj

naboj uz magnetsko polje s indukcijom U postoji i električno polje s intenzitetom E, zatim rezultantna sila F, primijenjena na naboj jednaka je vektorskom zbroju sila - sila koja djeluje iz električnog polja i Lorentzova sila: Smjer Lorentzove sile i smjer njome uzrokovanog otklona nabijene čestice u magnetskom polju ovisi o predznaku naboja Qčestice.

Hall efekt (1879) je pojava u metalu (ili poluvodiču) s gustoćom struje j, postavljen u magnetsko polje U, električno polje u smjeru okomitom na U Doj. Postavimo metalnu ploču s gustoćom struje j do magnetskog

polje U, okomito j .At u ovom smjeru j brzina nositelja struje u metalu – elektrona – usmjerena je s desna na lijevo. Elektroni doživljavaju Lorentzovu silu, koja je u ovom slučaju usmjerena prema gore. Tako će na gornjem rubu ploče biti povećana koncentracija elektrona (bit će negativno nabijena), a na donjem rubu manjak elektrona (bit će pozitivno nabijena). Kao rezultat toga, između rubova ploče će se pojaviti dodatno poprečno električno polje Ev, usmjerena odozdo prema gore. Kada napetost Ev To poprečno polje doseže takvu vrijednost da će njegovo djelovanje na naboje uravnotežiti Lorentzovu silu, tada će se uspostaviti stacionarna raspodjela naboja u poprečnom smjeru.

Onda gdje A- širina ploče; ∆f - poprečna (Hallova) razlika potencijala.

S obzirom na to da je jakost struje I = jS =nevS (S- površina poprečnog presjeka debljine ploče d, n- koncentracija elektrona, v - prosječna brzina uređenog kretanja elektrona, j-gustoća struje = env), dobivamo t.j. Hallova poprečna razlika potencijala proporcionalna je magnetskoj indukciji U, jakost struje / i obrnuto je proporcionalna debljini ploče d.

- Hall konstanta, ovisno o tvari. Po izmjerena vrijednost Hallove konstante može se: 1) odrediti

koncentracija nositelja struje u vodiču (uz poznatu prirodu vodljivosti i naboja nositelja); 2) procijeniti prirodu vodljivosti poluvodiča, budući da se znak Hallove konstante podudara sa znakom naboja e nositelja struje. Stoga učinak

Hallov efekt je najučinkovitija metoda za proučavanje energetskog spektra nositelja struje u metalima i poluvodičima.