Основи електроніки (стр. 5 )

Біля лівого краю області п ,електронний струм має найбільше значення. У міру наближення до переходу цей струм зменшується, так як все більше число електронів рекомбінує з дірками, що рухаються через перехід назустріч електронам, а дірковий струм, навпаки, збільшується. Повний прямий струм в будь-якому перерізі, звичайно, один і той же:

Мал.15

Нехай джерело зовнішньої напруги підключене позитивним полюсом до області п, а негативним - до області р (мал. 15, а). Під дією такої зворотної напруги через перехід протікає дуже невеликий зворотний струм, що пояснюється наступним чином. Поле, створюване зворотною напругою, складається з полем контактної різниці потенціалів. На мал. 15, а це показують однакові напрямки векторів Ек і Еобр. Результуюче поле посилюється, і висота потенційного бар'єра тепер дорівнює (мал. 15, б). Уже при невеликому підвищенні бар'єра дифузійне переміщення основних носіїв через перехід припиняється, тобто , так як власні швидкості носіїв недостатні для подолання бар'єру. А струм провідності залишається майже незмінним, оскільки він визначається головним чином числом неосновних носіїв, що потрапляють на п - р-перехід з п-і р-областей.

Виведення неосновних носіїв через п-р-перехід прискорюючим електричним полем, створеним зворотною напругою, називають екстракцією носіїв заряду (слово екстракція означає висмикування, вилучення).

Таким чином, зворотний струм –це струм провідності, викликаний переміщенням неосновних носіїв. Зворотний струм дуже невеликий, тому що неосновних носіїв мало і, крім того, опір запірного шару при зворотній напрузі дуже великий. Дійсно, при підвищенні зворотної напруги поле в місці переходу стає сильнішим і під дією цього поля більше основних носіїв «виштовхується» з прикордонних шарів в глиб п-і р-областей. Тому зі збільшенням зворотної напруги збільшується не тільки висота потенціального бар'єра, але і товщина запірного шару Шар ще сильніше обідняється носіями, і його опір значно зростає.

Розглянемо докладніше, як встановлюється зворотний струм при включенні зворотної напруги. Спочатку виникає перехідний процес, пов'язаний з рухом основних носіїв. Електрони в п-області рухаються у напрямку до позитивного полюса джерела, тобто віддаляються від п - р-переходу. А в р-області, віддаляючись від п-р-переходу, рухаються дірки. Біля негативного електрода вони рекомбінують з електронами, які приходять з провідника, який з'єднує цей електрод з негативним полюсом джерела.

Оскільки з п-області йдуть електрони, вона заряджається позитивно, так як в ній залишаються позитивно заряджені атоми донорної домішки. Подібно до цього р-область заряджається негативно, так як її дірки заповнюються приходячими електронами і в ній залишаються негативно заряджені атоми акцепторної домішки. Розглянутий рух основних носіїв в протилежні сторони продовжується лише малий проміжок часу.

ЛЕКЦІЯ 2

НАПІВПРОВІДНИКОВІ ДІОДИ

2.1 Вольт-амперна характеристика

Для будь-якого електричного приладу важлива залежність між струмом через прилад і прикладеною напругою. Знаючи цю залежність, можна визначити струм при заданій напрузі або, навпаки, напругу, відповідно заданому струму.

Рис.1

Якщо опір приладу постійний, не залежний від струму або напруги, то зв'язок між струмом і напругою виражається законом Ома: або . Струм прямо пропорційний напрузі. Коефіцієнтом пропорційності є провідність .

Графік залежності між струмом і напругою називається вольт-амперною характеристикою даного приладу або просто характеристикою. Для приладу, що підкоряється закону Ома, характеристикою є пряма лінія, що проходить через початок координат (рис. 1).Чим більший опір R, тим менша провідність G і тим менший струм при даній напрузі. Тому для великих опорів характеристика йде більш полого. Опір R пов'язаний з кутом нахилу α характеристики залежністю , де к - коефіцієнт пропорційності, що враховує одиниці величин, які входять в формулу, і масштаб, в якому вони відкладені на осях.

Прибори, що підкоряються закону Ома і мають вольт-амперну характеристику у вигляді прямої лінії, що проходить через початок координат, називаються лінійними. Існують також прилади, у яких опір не є постійним, а залежить від напруги або струму. Для таких приладів зв'язок між струмом і напругою виражається не законом Ома, а більш складним чином і вольт-амперна характеристика не є прямою лінією, що проходить через початок координат. Ці прилади називаються нелінійними.

Рис. 2

Електронно-дірковий перехід по суті являє собою напівпровідниковий діод. Нелінійні властивості діода видно при розгляді його вольт-амперної характеристики. Приклад такої характеристики для діода невеликої потужності подано на рис.2. Вона показує, що прямий струм в десятки міліампер отримується при прямій напрузі в десяті частки вольта. Тому прямий опір буває зазвичай не вище декількох десятків ом. Для більш потужних діодів прямий струм становить сотні міліампер і більше при тій же малій напрузі, а відповідно знижується до одиниць ом і менше.

Характеристику для зворотнього струму, малого в порівнянні з прямим струмом, зазвичай показують в іншому масштабі, що і зроблено на рис.2. Зворотний струм при зворотній напрузі до сотень вольт у діодів невеликої потужності становить одиниці або десятки мікроампер. Це відповідає опору в кілька сотень кілоом і більше. Так як, то ці напруги також відкладені в різних масштабах. Внаслідок відмінності в масштабах вийшов злам кривої на початку координат. При незмінному масштабі характеристика була б плавною кривою без зламу?

Характеристика для прямого струму спочатку має значну нелінійність, так як при збільшенні опір замикаючого шару зменшується. Тому крива йде з усе більшою крутизною. Але при напрузі в десяті частки вольта замикаючий шар практично зникає і залишається тільки опір п-і р-областей, який наближено можна вважати постійним. Тому далі характеристика стає майже лінійною. Невелика нелінійність тут пояснюється тим, що при збільшенні струму п-і р-області нагріваються і від цього їх опір зменшується!

Зворотний струм при збільшенні зворотної напруги спочатку швидко зростає. Це викликано тим, що вже при невеликій зворотній напрузі за рахунок підвищення потенціального бар'єру в переході різко знижується дифузійний струм, який спрямований назустріч струму провідності. Отже, повний струм різко збільшується Однак при подальшому підвищенні зворотної напруги струм зростає незначно. Зростання струму відбувається внаслідок нагрівання переходу струмом, за рахунок витоку по поверхні, а також за рахунок лавинного розмноження носіїв заряду, тобто. збільшення числа носіїв заряду в результаті ударної іонізації. Явище ударної іонізації полягає в тому, що при більш високій зворотній напрузі електрони набувають великої швидкості і, б'ючись в атоми кристалічної решітки, вибивають з них нові електрони, які, в свою чергу, розганяються полем і також вибивають з атомів електрони. Такий процес посилюється з підвищенням напруги.

При деякому значенні зворотної напруги виникає пробій п-р-переходу, при якому зворотний струм різко зростає і опір запираючого шару різко зменшується. Слід розрізняти електричний і тепловий пробій п-р-переходу. Електричний пробій, область якого позначена на рис. 2 буквами АБВ, є зворотним, т. е. при цьому пробої в переході, не відбувається необоротних змін (руйнувань структури речовини). Тому робота діода в режимі електричного пробою допустима. Спеціальні діоди для стабілізації напруги - напівпровідникові стабілітрони - працюють на ділянці БВ характеристики.

Можуть, існувати два види електричного пробою, які нерідко супроводжують один одного: лавинний і тунельний.

Лавинний пробій пояснюється лавинним розмноженням носіїв за рахунок ударної іонізації і за рахунок виривання електронів з атомів сильним електричним полем. Цей пробій характерний для п - р-переходів великих товщин, що отримуються при порівняно малій концентрації домішок в напівпровідниках. Пробивна напруга для лавинного пробою становить десятки або сотні вольт.

Тунельний пробій пояснюється явищем тунельного ефекту. Сутність останнього полягає в тому, що при сильному полі напруженістю понад