Дiоди i транзистори

РЕФЕРАТ

ДРЖОДИ ТА ТРАНЗИСТОРИ

Змiст

1. Будова, принцип роботи, характеристика та застосування дiодiв

2. Будова, принцип роботи, характеристика та застосування транзисторiв

3. Використанi джерела

1. Будова, принцип роботи,характеристика та застосування дiодiв

Щоб зтАЩясувати природу електричного струму в напiвпровiднику, необхiдно пригадати будову речовини. Насамперед згадаiмо, що являi собою атом хiмiчного елемента. Згiдно сучасних наукових уявлень, атом будь якоi речовини складаiться з позитивно зарядженого ядра, навколо якого, на певних орбiтах, обертаються негативно зарядженi електрони. Модель такого атома зображено на рис. 1.

Рис. 1. Модель атома речовини

З рисунка видно, що електрони обертаються кожен на певнiй орбiтi, причому цi орбiти можуть проходити у виглядi декiлькох шарiв. Тепер згадаiмо, яким чином атоми в речовинi зтАЩiднуються та утворюють молекулу.

Найпростiшу модель молекули зображено на рис. 2. У цiй молекулi сполученi два однаковi атоми, причому навколо ядра кожного атома обертаються тАЬсвоiтАЭ електрони, а два електрони обертаються навколо обох ядер водночас. Вони i начебто спiльними для обох атомiв i обтАЩiднують iх в молекулу.

Рис. 2. Модель молекули речовини

Розглянемо тепер будову молекули кристалiчноi речовини. На рис. 3 показано фрагмент кристалiчноi решiтки одного з найпоширенiших напiвпровiдникiв тАУ германiю. На зовнiшнiй орбiтi кожного атома цього напiвпровiдника обертаються по чотири електрони, котрi можуть зв'язуватися з iншими атомами. Цi зв'язки показано на рис. 3 елiпсами (на кожному з них знаходиться по два електрони).

Рис 3. Кристалiчна решiтка германiю

Чи може протiкати електричний струм в такiй речовинi? Виявляiться, все залежить вiд того, як стiйко тримаються електрони на орбiтi. Якщо орбiти електронiв у речовинi дуже стiйкi i електрони не полишають iх за жодних умов (при пiдвищеннi температури, прикладеннi до куска матерiалу рiзницi потенцiалiв), то ця речовина i типовим iзолятором. Характерною ж властивiстю напiвпровiдникiв i те, що електрони, в цих матерiалах, можуть залишати своi орбiти внаслiдок дii свiтла, тепла, електричного поля тощо. Схематично, уявимо собi кристал напiвпровiдника так, як це зображено на рис. 4. Припустимо, що один з електронiв покинув свою орбiту i полетiв у мiжатомний простiр матерiалу. Якби до напiвпровiдника прикласти рiзницю потенцiалiв, то електрон полетiв би у напрямку позитивного електрода (природа походження такого електричного струму притаманна звичайному провiднику).

Рис. 4. Схематичне зображення кристалу напiвпровiдника

Сконцентруймо тепер свою увагу на тому мiсцi, звiдки вилетiв електрон. До цих пiр позитивнi заряди ядер атомiв були скомпенсованi негативними зарядами електронiв. Але тепер одного електрона немаi. Виник некомпенсований позитивний заряд ядра атома, утворилась начебто ВлдiркаВ» на мiсцi того електрона, що вилетiв, i ця дiрка заряджена позитивно. А це означаi, що тАЬпустетАЭ мiсце може зайняти один iз сусiднiх електронiв, як це показано на рис. 5. Утвориться дiрка в iншому мiсцi, ii, в свою чергу, заповнить iнший, сусiднiй електрон i т.д.

Рис. 5. Рух електронiв у напiвпровiднику

Таким чином позитивно заряджена дiрка починаi рухатись в напiвпровiднику, незважаючи на те, що усi ядра атомiв кристалiчноi решiтки надiйно перебувають на своiх мiсцях. Якщо тепер до напiвпровiдника прикласти напругу (рис.5), то електрони, що заповнюють дiрку, рухатимуться справа налiво. Дiрка почне рухатися злiва направо, тобто до негативного полюса джерела живлення.

Отже, електричний струм у напiвпровiднику зумовлений не лише спрямованим рухом електронiв, але й спрямованим рухом дiрок. У цьому й полягаi основна вiдмiннiсть напiвпровiдника вiд провiдника.

Що ж вiдбудеться, коли дiрку заповнить не сусiднiй, а iнший блукаючий електрон? В такому випадку дiрка заповниться, а електрон перестане iснувати у виглядi вiльного носiя заряду. Пройде так звана рекомбiнацiя електрона i дiрки.

Описане явище провiдностi в напiвпровiдниках маi мiсце лише в чистих матерiалах. Що ж змiниться, коли в чистий напiвпровiдник потрапить атом, який маi на орбiтi не чотири електрони, а п'ять? Ясна рiч, чотири електрони одразу ж займуть мiсце на спiльних з сусiднiми атомами орбiтах. А п'ятий електрон виявиться зайвим, i вiн вирушить в мiжатомний простiр речовини, оскiльки його нiщо на тримаi бiля свого атома. Незважаючи на те, що атом домiшки буде, у цьому випадку, позитивно зарядженим, однак дiрки тут немаi (рис.6).

Рис. 6. Схема утворення електронноi провiдностi в кристалi напiвпровiдника

Таким чином, коли в чистий кристал кремнiю чи германiю ввести домiшку, атом якоi маi на зовнiшнiй орбiтi п'ять електронiв, то такий напiвпровiдниковий матерiал буде здатний проводити струм лише за рахунок електронiв. Напiвпровiдник з електронною провiднiстю називають п- провiдником вiд латинського тАЬnegativeтАЭ, тобто негативний. Домiшкою для утворення в напiвпровiднику - областi може бути, миштАЩяк, сурма, фосфор тощо. Цi домiшки називають донорами, оскiльки вони, вiддають один електрон iз зовнiшньоi орбiти своiх атомiв.

Уявимо собi iншу картину: в чистий напiвпровiдник введено домiшку атом якоi, на зовнiшнiй орбiтi, маi три електрони (рис.7). Оскiльки в даному випадку, щоб заповнити усi зв'язки в кристалi, не вистачаi одного електрона, то порожнi мiсце може заповнити один iз сусiднiх електронiв. Такий провiдник матиме дiркову провiднiсть (р- провiдник, вiд лат. тАЬpositiveтАЭ, тобто позитивний).

Рис. 7. Схема утворення дiрковоi провiдностi в кристалi напiвпровiдника

Домiшкою для утворення в напiвпровiднику тАУобластi може бути алюмiнiй, iндiй, бор та iн. Усi вони i акцепторами, оскiльки iх атоми забирають електрон у сусiднiх атомiв.

Розглянемо процеси, якi протiкають у напiвпровiднику, який маi обидва типи провiдностi р та n (рис.8). Майте на увазi, що це не два куски рiзнотипних за провiднiстю напiвпровiдникiв, а один, у якому i областi з рiзною провiднiстю, у яких чiтко окреслена межа мiж ртАУ та тАУобластями.

Рис. 8. Утворення запiрного шару на межi тАУтАУ переходу напiвпровiдника

Електрони та дiрки можуть вiльно переходити через межу подiлу провiдностi. Оскiльки в лiвiй частинi напiвпровiдника i велика кiлькiсть дiрок, то вони вирушать у праву, а електрони тАУ навпаки, у лiву. Потрапивши до лiвоi частини з ртАУпровiднiстю, електрони почнуть рекомбiнувати з дiрками.

Аналогiчно дiрки, попавши у праву частину напiвпровiдника рекомбiнують з електронами, якi i там, а ядра атомiвтАУдонорiв, лишившись некомпенсованими,набувають позитивного заряду. Таким чином на межi ртАУi nтАУ областей утворюються електричнi заряди атомiв домiшок, якi починають перешкоджати подальшому проникненню електронiв i дiрок з однiii частини напiвпровiдника в iншу.

Цi заряди показано на рис. 8 великими кружечками.

Таким чином мiж ртАУi тАУ областями утворюiться непровiдна дiлянка певноi товщини. Приiднаiмо тепер до лiвоi i правоi частини напiвпровiдника джерело живлення, як це показано на рис. 9.