Р – n - перехід є основою напівпровідникових діодів, які застосовуються для випрямлення змінного струму і для інших нелінійних перетворень електричних сигналів. Діод проводить струм в прямому напрямку тільки тоді, коли величина зовнішньої напруги (у вольтах) більше потенційного бар'єру (у електровольтах). Для германієвого діода мінімальна зовнішня напруга дорівнює 0,3 В, а для кремнієвого -0,7 В. Коли діод починає проводити струм, на ньому з'являється падіння напруги. Це падіння напруги дорівнює потенційному бар'єру і називається прямим падінням напруги. Всі діоди мають малий зворотній струм. У германієвих діодах він вимірюється в мікроамперах, а в кремнієвих - в наноамперах. Германієвий діод має більший зворотний струм і більш чутливий до температури. Цей недолік германієвих діодів компенсується невисоким потенційним бар'єром. При кімнатній температурі зворотній струм малий. При підвищенні температури зворотній струм збільшується, порушуючи роботу діода. У германієвих діодах зворотній струм вищий, ніж у кремнієвих діодах, і сильніше залежить від температури, подвоюючись при підвищенні температури приблизно на 10 ° С. Схематичне позначення діода показано на мал. 1
анод катод мал.1
р - частина представлена трикутником, а n - частина-рискою. Прямий струм тече від частини р. до частини n. Частина п називається катодом, а частина р-анодом.
Існують три типу р-n - переходів: вирощені переходи, вплавлені переходи і дифузійні переходи, які виготовляються за різними технологіями. Методи виготовлення кожного з цих переходів різні. Метод вирощування переходу (найбільш ранній) полягає в наступному: чистий напівпровідниковий матеріал і домішки р типу поміщають в кварцовий контейнер і нагрівають до тих пір, поки вони не розплавляться. У розплавлену суміш поміщають маленький напівпровідниковий кристал, Затравочний кристал повільно обертається і витягується з розплаву настільки повільно, щоб на ньому встиг нарости шар розплавленої суміші. Розплавлена суміш, наростаючи на затравочному кристалі, охолоджується і твердне. Вона має таку ж кристалічну структуру, як і запал. Після витягування затравка виявляється поперемінно легованою домішками n - і р типів. Це створює у вирощеному кристалі шари п. - і р-типів. Таким чином, вирощений кристал складається з багатьох р-п шарів. Метод створення вплавлених р n-переходів гранично простий. Маленька гранула тривалентного матеріалу, такого як індій, розміщується на кристалі напівпровідника n типу. Гранула і кристал нагріваються до тих пір, поки гранула не розплавиться сама і частково розплавить напівпровідниковий кристал. На ділянці, де вони стикуються, утворюється матеріал р типу. Після охолодження матеріал перекристалізовується і формується твердий р n-перехід. В даний час найчастіше використовують дифузійний метод отримання р-n-переходів. Маска з прорізами розміщується над тонким зрізом напівпровідника р-або n-типу, який називається підкладкою. Після цього підкладка поміщається в піч і піддається контакту з домішками, що знаходяться в газоподібному стані . При високій температурі атоми домішки проникають в підкладку. Глибина проникнення контролюється тривалістю експозиції та температурою.
Після формування р-n-переходу діод треба помістити в корпус, щоб захистити його від
впливу навколишнього середовища і механічних пошкоджень. Корпус повинен також забезпечити можливість з'єднання діода з ланцюгом. Вид корпусу визначається призначенням діода (мал. 11.7).
Якщо через діод повинен протікати великий струм, корпус повинен бути розрахований так, щоб уберегти р-n-перехід від перегріву. Діод можна перевірити шляхом вимірювання за допомогою омметра прямого і зворотнього опорів. Величина цих опорів характеризує здатність діода пропускати струм в одному напрямку і не пропускати струм в іншому напрямку. Германієвий діод має низький прямий опір, близько 100 Ом, а його зворотній опір перевишує 100 000 Ом. Прямий і зворотний опори кремнієвих діодів вище, ніж у германієвих.
Перевірка діода з допомогою омметра повинна показати низький прямий опір і високий зворотний опір. Якщо позитивний висновок омметра з'єднаного з анодом діода, а негативний висновок з катодом, то діод зміщений у прямому напрямку. У цьому випадку через діод проходить струм, і омметр показує низький опір. Якщо висновки омметра поміняти місцями, то діод буде зміщений у зворотному напрямі, через нього буде йти маленький струм, і омметр покаже високий опір. Якщо опір діода найнижчий в прямому і в зворотному напрямках, то він, ймовірно, закорочений. Якщо діод має високий опір і в прямому і в зворотному напрямках, то в ньому, ймовірно, розірвано ланцюг. Як германієві, так і кремнієві діоди можуть бути пошкоджені сильним нагріванням або високою зворотною напругою. Виробники вказують максимальний прямий струм, який може безпечно текти через діод, не перегріваючи його, а також максимальну зворотну напругу. Справа в тому, що висока зворотна напруга, прикладена до діода, може створити сильний зворотний струм, який перегріє діод і призведе до його пробою. Зворотня напруга, при якому настає пробою, називається напругою пробою, або максимальною зворотною напругою
Біполярні транзистори
У 1948 р. Джон Бардін, Уолтер Браттейн і Вільям Шоклі в лабораторіях виготовили перший працюючий транзистор. Завдяки своїм перевагам перед електронною лампою транзистор здійснив революцію в галузі електронних засобів зв'язку та забезпечив створення і широке використання швидкодіючих електронно-обчислювальних машин з великим об'ємом пам'яті. Найбільш очевидні переваги транзистора: він як Зсув в прямому напрямку змушує електрони текти з емітера п-р-п транзистора (нагадаємо, що напрям струму протилежно напрямку руху електронів). При прямому зміщенні потенціал бази позитивний по відношенню до емітера. Позитивний потенціал притягує електрони, створюючи потік електронів з емітера. На електрони, притягнуті базою, починає впливати позитивний потенціал, прикладений до колектора. Більшість електронів притягуються до колектора і до позитивного висновку джерела струму, що створює зворотній зсув. Невелика частина електронів поглинається областю бази і підтримує невеликий потік електронів від бази. Для того щоб це мало місце, область бази повинна бути гранично тонкою. У правильно зміщеному р-п-р транзисторі висновки джерел струму необхідно поміняти місцями (мал.3), і напрямок потоку електронів зміниться на протилежний Як і в діоді, в транзисторі існує потенційний бар'єр. У транзисторі потенційний бар'єр виникає у переході емітер-база. Для того, щоб електрони могли проходити через цей перехід. зовнішнє зміщення повинно перевищувати цю напругу. Величина внутрішнього потенційного бар'єру визначається типом використовуваного напівпровідникового матеріалу. Як і в діодах, величина 1 внутрішнього потенційного бар'єру становить 0,3 В для германієвих транзисторів і 0,7 В для кремнієвих. До переходу колектор-база транзистора також повинен бути прикладений позитивний потенціал, достатньо високий для того, щоб притягувати більшість електронів, що поставляються емітером. Напруга зворотного зсуву, прикладена до переходу колектор-база, зазвичай набагато вища напруги прямого зміщення, прикладеної до переходу емітер-база, що постачає електрони.
Якщо через діод повинен протікати великий струм, корпус повинен бути розрахований так, щоб уберегти р-n-перехід від перегріву. Діод можна перевірити шляхом вимірювання за допомогою омметра прямого і зворотнього опорів. Величина цих опорів характеризує здатність діода пропускати струм в одному напрямку і не пропускати струм в іншому напрямку. Германієвий діод має низький прямий опір, близько 100 Ом, а його зворотній опір перевишує 100 000 Ом. Прямий і зворотний опори кремнієвих діодів вище, ніж у германієвих.