Отримання знань

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 (n_n >> n_p). У напівпровіднику p-типу основними носіями є дірки (n_p >> n_n). 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 U_зприблизно 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.

Якщо n–p-перехід з'єднати з джерелом так, щоб позитивний полюс джерела був сполучений з p-областю, а негативний з n-областю, то напруженість електричного поля в замикаючому шарі зменшуватиметься, що полегшує перехід основних носіїв через контактний шар. Дірки з p-області і електрони з n-області, рухаючись назустріч один одному, пересікатимуть n–p-перехід, створюючи струм в прямому напрямі. Сила струму через n–p-перехід в цьому випадку зростатиме при збільшенні напруги джерела.

Здатність n–p-переходу пропускати струм практично лише в одному напрямі використовується в приладах, які називаються напівпровідниковими діодами. Напівпровідникові діоди виготовляються з кристалів кремнію або германію. При їх виготовленні в кристал з яким-небудь типом провідності вплавляють домішку, що забезпечує іншого типа провідності.