Промышленная электроника Расчет методом контурных токов Расчёт электрического поля Законы Кирхгофа и расчёт резистивных электрических цепей Расчет методом узловых напряжений Расчёт трёхфазных электрических цепей

Теория электрических цепей (основы электротехники)

Полупроводниковые приборы

Типы проводимости полупроводниковых материалов.

Электронно-дырочный переход. Основные параметры

полупроводниковых диодов.

 Типы проводимости полупроводниковых материалов и свойства электронно-дырочного перехода рассматривались в курсе молекулярной физики, раздел «Электричество». Поэтому сейчас выделим лишь основные положения этих вопросов.

 В чистом полупроводнике, при температуре выше абсолютного нуля по шкале Кельвина генерируется два вида подвижных носителей зарядов – электрон и дырка. При наличии таких носителей полупроводник приобретает способность проводить электрический ток. Электропроводность, обусловленная только генерацией пар электрон-дырка, называется собственной. Количественно она может быть определена выражением

,

где:

g = 1,6 × 10-19 K – заряд электрона;

n и p – концентрация подвижных электронов и дырок, причем n=p; Расчёт магнитной цепи

mn и mp – подвижность носителей.

 Концентрация подвижных носителей заряда зависит от температуры, поэтому

,

где:

А – константа;

Т - температура по Кельвину;

W – ширина запретной зоны;

К = 1,38 × 10-23 – постоянная Больцмана.

  Проводимость полупроводников существенно изменяется при добавлении примеси. Так, если валентность примеси больше валентности полупроводника (например атомы фосфора), то концентрация электронов существенно (на 10 – 20 порядков) увеличивается. Поэтому количественно проводимость может быть вычислена выражением

где nn – концентрация примесных носителей.

 Такая примесь называется донорной, проводимость – электронной, а полупроводник – полупроводником n – типа.

  При добавлении примеси, валентность которой меньше валентности полупроводника (например, атомы бора), в теле полупроводника резко увеличивается концентрация дырок. Поэтому

,

где:

РР - концентрация примесных носителей.

 Такая примесь называется акцепторной, проводимость - дырочной, а полупроводник - полупроводником p - типа.

  Металлургическая граница между полупроводниками двух типов называется электронно-дырочным или p-п переходом. Это основной рабочий элемент полупроводниковых электронных приборов. Выделим следующие его свойства.

 1. При отсутствии внешнего электрического поля у границы p-п перехода образуется объемные заряды электронов в p области и дырок в п области. Перепад потенциала зарядов образует потенциальный барьер , причем

,

где:  - концентрация ионизированных атомов в полупроводнике;

  - температурный потенциал, при Т=3000К, .

 В непосредственной близости от границы перехода образуется слой полупроводника обедненного носителями зарядов. Проводимость этого слоя мала и его называют запирающим. Сопротивление р-п перехода определяется толщиной запирающего слоя.

 В установившемся режиме через р-п переход протекают диффузионные токи электронов in диф и дырок iР диф, а также дрейфовые (обратные) токи электронов in др и дырок iР др, причем

 in диф = - in др;

  iР диф = - iР др.

Поэтому результирующий ток равен нулю.

Следует отметить, что правила Кирхгофа можно использовать не только при анализе цепей, содержащих два или более источников, но и для цепей с одним источником ЭДС. В качестве примера рассмотрим следующую задачу.
Метод узловых и контурных уравнений