"Полупроводниковые приборы". Презентация к уроку физики в 10 классе

+ + + + Собственная и примесная проводимость полупроводников. Полупроводниковые приборы.

СОДЕРЖАНИЕ • Особенности и строение полупроводников…........................ • Собственная проводимость полупроводников………………….. • Проводимость полупроводников при наличии примесей… • р – п – переход………………………………………………………… • Полупроводниковый …………… диод………………………………………………….. • Транзистор…………………………………………………… ……………………….

Полупроводники — материалы, которые по своей проводимости занимают промежуточное место между проводниками и диэлектриками и отличаются от проводников сильной зависимостью ρ проводимости от концентрации примесей, температуры и различных видов излучения. ∞ полупроводников – увеличение Основное свойство электрической проводимости Из графика зависимости ρ(Т) с ростом температуры. видно, что при Т → 0 , ρ→ ∞ , 0 а при Т → ∞ , ρ→0 Вывод: При низких температурах полупроводник Т ∞ ведет себя как диэлектрик , а при высоких обладает хорошей проводимостью

Строение полупроводников ( на примере кремния) Кремний – четырехвалентный во внешней оболочке – четыре Каждый атом связан с четырьмя элемент, электрона. 1 соседними Каждая пара соседних атомов взаимодействует с помощью парноэлектронной связи . От каждого атома в ее образовании участвует один электрон. 2 Любой валентный электрон может двигаться по любой из четырех связей Парноэлектронные связи достаточно прочны и при низких атома, а , дойдя до соседнего, двигаться по его связям, т.е по всему кристаллу. температурах не разрываются, поэтому при низких температурах кремний 4 3 не проводит ток.

Собственная проводимость полупроводников При повышении температуры отдельные связи разрываются, электроны становятся «свободными», в электрическом поле они перемещаются упорядоченно, образуя ток. При увеличении температуры от 300 К до 700 К их число возрастает в 107 раз. + + + + При разрыве связи образуется вакантное место , которое В дырке имеется избыточный положительный заряд. называют дыркой. Е

Проводимость чистых полупроводников называется собственной проводимостью Положение дырки в кристалле постоянно меняется. Этот процесс протекает так : полупроводников Один из электронов, обеспечивающих связь перескакивает на место атомов, дырки, восстанавливает парноэлектронную связь , а Если Е = 0, то перемещение дырок беспорядочно, поэтому там, где он находился, образуется дырка. не создает тока. Если Е ≠ 0, то движение дырок к становится упорядоченным , и электрическому току, образованному движением электронов, добавляется ток, связанный с перемещением Вывод: в полупроводниках имеются носители зарядов двух типов : электроны и дырки. Собственная проводимость полупроводников обычно невелика.

Электрическая проводимость полупроводников при наличии примесей ДОНОРНЫЕ ПРИМЕСИ АКЦЕПТОРНЫЕ Примеси, легко отдающие электроны, увеличивающие количество свободных Атом мышьяка имеет 5 электронов. валентных электронов, 4 из которых участвуют в образовании парноэлектронных Полупроводники , содержащие связей, а пятый становится донорные примеси, называются полупроводниками п – типа свободным. от слова negative – отрицательный Примеси, легко принимающие электроны, увеличивающие Атом индия имеет 3 количество дырок. электрона, которые валентных участвуют в образовании парноэлектронных Полупроводники , содержащие связей, а для образования четвертой электрона акцепторные примеси, в результате образуется полупроводниками р – типа недостает, называются дырка. от слова positive – положительный

Наибольший интерес представляет контакт полупроводников р – и п – типа, называемый р – п-переходом р – типа р – п-переход п – типа _ + Е При образовании контакта электроны частично переходят из полупроводника п - типа в полупроводник р – типа, а дырки – В результате полупроводник п - типа заряжается в обратном направлении положительно, а р – типа - отрицательно . В зоне перехода возникает электрическое поле, которое через некоторое время начинает препятствовать дальнейшему перемещению дырок и электронов.

Особенности действия р – п-перехода при его подключении в цепь р – типа р – п-переход п – типа + _ I При данном подключении ток через р – п-переход осуществляется основными носителями зарядов, поэтому проводимость перехода велика, а сопротивление мало Рассмотренный переход называют прямым Вольт - амперная характеристика прямого перехода изображена на графике U 0

р – п-переход по отношению к току оказывается несимметричным : в прямом направлении сопротивление перехода значительно меньше, чем в обратном. р – типа р – п-переход п – типа _ При данном подключении ток через р – п- переход осуществляется неосновными Этот переход называют обратным проводимость перехода мала, а носителями, поэтому Вольт - амперная характеристика обратного перехода сопротивление велико. изображена на графике пунктиром. + I 0 U

Полупроводниковый диод благодаря своему основному свойству –односторонней проводимости, широко Изготавливают диоды из германия, кремния, селена, выпрямления переменного тока используется для в герметичный металлический корпус. Чтобы избежать зазора между помещая их Преимущества полупроводниками с полупроводниковых различными диодов In типами проводимости, в одну из + • не требуют специального поверхностей германия источника энергии преимущества вплавляют Между двумя областями с для образования носителей каплю индия. проводимостями разных заряда; типов образуется р – п- • очень компактны, переход миниатюрны; р – п В полупроводниковом диоде германий служит катодом, а индий – анодом. не пропускает ток - обозначение диода на схеме _ Ge пропускает ток

Транзистор – прибор, позволяющий входным сигналам управлять током в электрической цепи. Обычно используется для усиления и преобразования электрических сигналов. Три области: эмиттер, база, коллектор. Два р – п – перехода: • эмиттер – база – эмиттерный переход; В зависимости от проводимости базы, транзисторы • коллектор – база – коллекторный делятся на два типа: п – р - п и р – п - р переход Толщина базы должна быть значительно меньше длины свободного пробега носителей тока, а концентрация основных носителей в базе значительно меньше концентрации основных носителей тока в эмиттере – для минимальной рекомбинации в базе. эмиттерный переход коллекторный переход р – п In эмиттер Ge база п – р In коллектор Площадь коллекторного перехода должна быть больше площади эмиттерного перехода, чтобы перехватить весь поток носителей тока от эмиттера.

Рассмотрим принцип действия прибора при включении в цепь, схема которой показана на рисунке Ge р – п In + эмиттер _ При создании напряжения между эмиттером и базой, основные носители - дырки, проникают в базу, где небольшая часть их рекомбинирует с электронами базы, а основная часть попадает в коллекторный переход , который закрыт для электронов, но не для дырок. Т.к. основное число дырок, пройдя через базу, п – р In коллектор база R ~ коллекторе практически равны. замкнули цепь, сила тока в эмиттере и Сила тока в коллекторе от величины сопротивления R практически не зависит, Но от его величины будет зависеть напряжение на нем. Именно поэтому, изменяя сопротивление, можно получать многократное усиление напряжения, а , значит, и мощности .

Применение транзисторов Транзисторы получили чрезвычайно широкое распространение: • заменяют электронные лампы во многих цепях; • портативная радиоаппаратура; • цифровая техника; • процессоры; И все это благодаря своим преимуществам: • не потребляют большой мощности, • компактны по размерам и массе, • работают при более низких напряжениях. Э Б Недостатками транзисторов являются: • большая чувствительность к повышению температуры; • чувствительность к электрическим перегрузкам; • чувствительность к проникающим излучениям. обозначение транзистора на схеме К