Электронно-дырочный переход.

Исследование полупроводникового диода.

Цель работы: Изучение принципа действия полупроводникового диода и

его характеристик.

Задание: Изучение и опробование схемы. Снятие данных. Построение вольт - амперной характеристики диода. Определение величин тока насыщения I нас и порогового напряжения U0. Определения эквивалентного сопротивления р - п - перехода.

КРАТКИЕ ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ СВЕДЕНИЯ.

Полупроводники и их свойства.

Полупроводники по значению удельной электрической проводимости занимают промежуточное положение между металлическими проводниками и диэлектриками. Типичными полупроводниками, получившими широкое распространение в полупроводниковой технике, являются германий и кремний. В зависимости от преобладания дырочной или электронной проводимости различают соответственно р - полупроводники и n - полупроводники. В р - полу­проводнике основным носителем зарядов являются дырки, а в п -полупроводнике - электроны. При воздействии электрического поля в полупроводнике возникает направленное перемещение носителей зарядов: дырок - по направлению вектора напряженности поля (дырочная составляющая дрейфового тока) и встречно направленное перемещение свободных электронов (электронная составляющая дрейфового тока).

При вводе в примесный полупроводник не основных носителей зарядов с помощью электрического поля, можно значительно изменять существующую их концентрацию в отдельных областях полупроводника. В результате этого нарушается электрическая нейтральность данной области, что приводит к возникновению градиента концентрации в объеме полупроводника. Поэтому избыточные носители зарядов вследствие диффузии будут перемещаться в на­правлении, противоположном направлению градиента.

Электронно-дырочный переход.

Эффект односторонней проводимости возникает вследствие появления внутреннего электрического поля области, где полупроводник р - типа переходит в полупроводник n - типа. Эта область получила название электронно-дырочного перехода, или сокращенно p - n - перехода.

В области p - n - перехода возникают диффузионные потоки основных носителей зарядов, вызванные неравномерной их концентрацией: электронов из слоя - n в слой р, а дырок из слоя р в слой n.

Диффундирующие электроны и дырки, попадая в области, где они являются не основными носителями зарядов, интенсивно рекомбинируют. Это приводит к образованию запорного слоя на границе р - п - перехода.

Уход основных носителей зарядов из приграничной области, приводит к появлению объемных зарядов, что обуславливает появление на границах запорного слоя электрического поля. Это поле создает своеобразный потенциальный барьер, препятствующий дальнейшему диффузионному переходу носителей зарядов. Вместе с тем электрическое поле р - п - перехода способствует переносу не основных носителей зарядов, попадающих в область действия поля перехода вследствие теплового движения. Движение не основных носителей зарядов (электронов из р - области и дырок из п - области) образует дрейфовый ток, который направлен встречно диффузионному. При отсутствии внешнего электрического поля дрейфовый и диффузионный токи равны, поэтому результирующий ток через р - n - переход равен нулю.

При приложении к р — п - переходу напряжения от внешнего источника, потенциальный барьер изменяется. Если к электронно-дырочному переходу приложено напряжения от внешнего источника положительным полюсом к n- области, а отрицательным к p - области (обратное смещение р - n - перехода), то напряженность внешнего поля совпадает с напряженностью собственного поля p-n - перехода и потенциальный барьер повышается. Это приводит к уменьшению диффузионной составляющей тока, нарушению баланса диффузионного и дрейфового токов и к появлению результирующего тока через р - п - переход, отличного от нуля. Этот ток называется обратным током, а режим работы - режимом обратного тока. Максимальное значение обратного тока, определяемое дрейфовой составляющей, называется током насыщения I нас.

Если к электронно-дырочному переходу приложено напряжение от внешнего источника положительным полюсом к р - области, а отрицательным к n - области (прямое смещение р - п - перехода), то напряженность внешнего поля оказывается противоположенной по направлению напряженности собственного поля перехода. При этом высота потенциального барьера, а также ширина р -n -перехода, уменьшаются.

Снижение потенциального барьера приводит к увеличению диффузионной составляющей тока через переход при практически неизменной дрейфовой составляющей и, в конечном итоге, к появлению результирующего тока через переход. Такой режим работы электронно-дырочного перехода называется режимом прямого тока.