 |
|
|
Архитектура Астрономия Аудит Биология Ботаника Бухгалтерский учёт Войное дело Генетика География Геология Дизайн Искусство История Кино Кулинария Культура Литература Математика Медицина Металлургия Мифология Музыка Психология Религия Спорт Строительство Техника Транспорт Туризм Усадьба Физика Фотография Химия Экология Электричество Электроника Энергетика |
Будова та принцип роботи напівпровідникового діода
Діодами називають двоелектродні елементи, які володіють односторонньою провідністю електричного струму. В германієвих та кремнієвих діодах двошарова структура створюється вводом в одну область монокристала акцепторної домішки, а в іншу – донорної домішки. Напівпровідниковий діод представляє собою p/n-перехід.
Рис. 1. Будова напівпровідникового діода та його умовне позначення
Принцип дії базується на основі процесів в p/n-переході.
Рис. 2. Розподіл напруженості електричного поля Е та потенціального бар’єру φ у напівпровідниковій структурі
В p/n-структурі на межі розділу виникає різниця концентрацій одноіменних носіїв заряду: в одному шарі вони є основними, а в іншому – неосновними. Як наслідок, за неодинакової різниці концентрацій виникає дифузійний рух основних носіїв заряду: дірки рухаються в n-шар і рекомбінують з електронами, а електрони в p-шар і рекомбінують з дірками. Це призводить до утворення нескомпесованих об’ємних зарядів у межуючих областях. Електрони, що покинули n-шар, залишають в ньому нескомпенсований додатній заряд, а дірки в p-шарі – нескомпенсований від’ємний заряд. Наявність нескомпенсованих об’ємних зарядів призводить до виникнення електричного поля з певною різницею потенціалів φ. Це електричне поле є гальмівним для основних носіїв заряду (дірок і електронів). В той же час воно є прискорюючим для неосновних носіїв зарядів: електронів у p-шарі та дірок у n-шарі. Отже, внутрішнє електричне поле забезпечує рівність потоків носіїв зарядів через p/n-перехід в обох напрямках, тобто рівність нулю сумарного струму за відсутності зовнішнього електричного поля. Значення потенціального бар’єру для напівпровідникових діодів на базі германію знаходиться в межах φ = 0,3…0,5 В і відповідно для напівпровідникових діодів на базі кремнію φ = 0,6…0,8 В. Зовнішнє електричне поле може зменшити (чи анулювати) або збільшити величину потенціального бар’єру в залежності від його полярності.
Рис. 2. Пряме увімкнення напівпровідникового діода в електричне коло
За такої полярності зовнішнього джерела внутрішнє електричне поле зменшується, що зумовлює вільне пересування основних носіїв заряду через p/n-перехід. Через напівпровідниковий діод протікає струм Іа, який обумовлений пересуванням основних носіїв заряду.
Рис. 3. Зворотнє увімкнення напівпровідникового діода в електричне коло
Таке під’єднання зовнішнього джерела збільшує внутрішнє електричне поле (збільшує потенціальний бар’єр). Потік основних носіїв через p/n-перехід припиняється. Для неосновних носіїв зарядів підсилене внутрішнє електричне поле є прискоюючим. Виникає струм Ів через p/n-перехід, який зумовлений пересуванням неосновних носіїв заряду: електронів з р-області і дірок з n-області.
Рис. 4. Вольтамперна характеристика напівпровідникового діода
Отже, прямий струм Іа створюється основними, а зворотній Ів – несновними носіями зарядів. Концентрація основних носіїв заряду на декілька порядків перевершує концентрацію неосновних носіїв. Цим і обумовлюються вентильні властивості p/n-переходу, тобто напівпровідникового діода. Пряма вітка вольтамперної характеристики має деякий спад напруги ΔUа під час протікання прямого струму Іа. Це обумовлено об’ємним опором областей р і n на p/n-переході (його називають внутрішнім опором). У кремнієвих діодів спад напруги ΔUа = 0,8…1,2 В, а у германієвих - ΔUа = 0,3…0,6 В. На зворотню вітку вольтамперної характеристики у значній мірі впливає струм витоку по поверхні p/n-переходу і генерація носіїв заряду, яка являється причиною можливого електричного пробою p/n-переходу. Обидва фактори приводять до того, що реальна вітка вольтамперної характеристики має вигляд, який показаний на рис. 4. Струм витоку створюється різними забрудненнями зовнішньої поверхні діода (участок 1-2). Явище генерації носіїв заряду проявляється за високих напруг зворотньої напруги Uв (участок 2-3-4-5) і найчастіше призводить до електричного пробою p/n-переходу (участок 4-5).
Поиск по сайту: |
