фізика 15/21

 17.05.2023

Урок 17

Тема. Електронно-дірковий перехід: його властивості й застосування

Завдання:

1. Опрацювати теоретичний матеріал
2. Записати конспект в зошит
3. Переглянути відео, знизу за посиланням
4. Відповісти на запитання в зошиті

https://youtu.be/VGjzLno9e54

Електронно-дірковий перехід. Транзистор

У сучасній електронній техніці напівпровідникові прилади грають виняткову роль. За останні 30-40  років вони майже повністю витіснили електровакуумні прилади.

У будь-якому напівпровідниковому приладі є один або декілька електронно-діркових переходів. Електронно-дірковий перехід (або n–p-перехід) – це область контакту двох напівпровідників з різними типами провідності.

У напівпровіднику n-типу основними носіями вільного заряду є електрони; їх концентрація значно перевищує концентрацію дірок (nn >> np). У напівпровіднику p-типу основними носіями є дірки (np >> nn). При контакті двох напівпровідників n- і  p-типів починається процес дифузії:  дірки з p-області переходять в n-область, а електрони, навпаки, з n-області в p-область. В результаті в n-області поблизу зони контакту зменшується концентрація електронів і виникає позитивно заряджений шар. У p-області зменшується концентрація дірок і виникає негативно заряджений шар. Таким чином, на межі напівпровідників утворюється подвійний електричний шар, електричне поле якого перешкоджає процесу дифузії електронів і дірок назустріч один одному  . Погранична область розділу напівпровідників з різними типами провідності (так званий запираючий шар) зазвичай досягає товщини порядка десятків і сотень міжатомних відстаней. Об'ємні заряди цього шару створюють між p- і n-областями запираюча  напруга Uз приблизно рівне 0,35 В для германієвих n–p-переходів і 0,6 В для кремнієвих. Основна властивість n–p-переходу - його одностороння провідність

Якщо напівпровідник з n–p-переходом підключений до джерела струму так, що позитивний полюс джерела сполучений з n-областю, а негативний – з p-областю, то напруженість поля в замикаючому шарі зростає. Дірки в p-області і електрони в n-області зміщуватимуться від n–p-переходу, збільшуючи тим самим концентрації неосновних носіїв в замикаючому шарі. Струм через n–p-перехід практично не йде. Напруга, подана на n–p-перехід в цьому випадку називають зворотним. Вельми незначний зворотний струм обумовлений лише власною провідністю напівпровідникових матеріалів, тобто наявністю невеликої концентрації вільних електронів в p-області і дірок в n-області.

Напівпровідникові прилади не з одним, а з двома n–p-переходами називаються транзисторами. Назва походить від поєднання англійських слів: transfer – переносити і resistor – опір. Зазвичай для створення транзисторів використовують германій і кремній. Транзистори бувають двох типів: p–n–p-транзистори і n–p–n-транзистори. Наприклад, германієвий транзистор p–n–p типу є невеликою пластинкою з германію з донорною домішкою, тобто з напівпровідника n-типа. У цій пластинці створюються дві області з акцепторною домішкою, тобто області з дірковою провідністю У транзисторі n–p–n-типу основна германієва пластинка має провідність p-типу, а створені на ній дві області – провідністю n-типу.

Використання напівпровідникових приладів знаходить дедалі ширше застосування. За їх допомогою змінний струм перетворюють у постійний; генерують, перетворюють і підсилюють електричні коливання; обробляють інформацію на комп'ютерах і калькуляторах; перетворюють енергію світла в енергію електричного струму (сонячні батареї, фоторезистори); здійснюють дистанційне вимірювання температури, протипожежну сигналізацію (термістори).

Напівпровідникові прилади мають високу економічність, мініатюрність, довговічність, менше "бояться" вібрації.

1. Які речовини називають напівпровідниками? Наведіть приклади.

2. За якою характерною ознакою можна відрізнити напівпровідник від металу? (Відповідь обґрунтуйте, використовуючи графіки).

3. Поясніть механізм виникнення власної провідності напівпровідників.

4. Назвіть носії струму власної провідності напівпровідників.

5. Що називають електричним струмом у бездомішкових напівпровідниках?

6. Які існують види домішкових напівпровідників? Під час уведення яких домішок вони утворюються?

7. Якого роду домішки називають донорними, а якого - акцепторними?

8. Які напівпровідники називають n-типу? р-типу?

9. Що називають р-n-переходом? Який струм через р-n - перехід називають прямим? Який зворотним?