Электрический ток в полупроводниках

1. Электрический ток в полупроводниках

2.

1. Полупроводники
2. Какие вещества относятся к полупроводникам?
3. Чистые полупроводники. Собственная
проводимость.
4. Полупроводники с примесями: донорная примесь.
5. Полупроводники с примесями: акцепторная
примесь.
6. Зависимость сопротивления полупроводника от
температуры.
7. Полупроводниковый диод.
8. Вольтамперная характеристика
полупроводникового диода.
9. Полупроводниковые приборы.

3. 1. Полупроводники.

1. У полупроводников с повышением
температуры увеличивается проводимость,
уменьшается электрическое сопротивление.

4. “Свободный”

5.

2. Если энергия фотона Ꝺф больше, чем энергия
связи Ꝺg, световой квант способен выбить
связанный электрон с орбиты и превратить в
свободный электрон.
При образовании свободного электрона у
полупроводника появляется две возможности
проводить ток:
• Движение свободного электрона под действием
внешнего электрического поля.
• Направленное перемещение электронов с
соседних орбит на место освободившейся пустой
связи. (Этот механизм электропроводности
удобнее описывать как движение фиктивной
частицы, дырки, в направлении,
противоположном движении электронов).

6. “Дырка”

7.

• Процесс перемещения положительного
электрического заряда, называемого дыркой.
• При помещении кристалла в электрическое поле
возникает упорядоченное движение дырок дырочный ток проводимости.

8.

3.“Дырка”(пустотная связь)- вакантное электронное
состояние в кристаллической решетке, имеющее
избыточный положительный заряд.
“Дырка” может хаотически перемещаться между
атомами решетки.
“Дырка” имеет положительный заряд, в точности
равный по абсолютной величине заряду электрона.
“Дырка” и электрон могут существовать в переделах
10−10 до 10−2 с.
Когда свободный электрон занимает место на
свободной траектории межатомной связи, свободный
электрон и дырка одновременно исчезаю. Такой
процесс называют рекомбинацией.

9. Определение полупроводника.

• Полупроводниками назвали класс веществ, у
которых с повышением температуры
увеличивается проводимость, уменьшается
электрическое сопротивление. Этим
полупроводники принципиально отличаются от
металлов.
• В идеальном полупроводниковом кристалле
электрический ток создается движением равного
количества отрицательно заряженных
электронов и положительно заряженных дырок.
Проводимость в идеальных полупроводниках
называется собственной проводимостью.

10. 2. Какие вещества относятся к полупроводникам?

11.

3А
3
4
5
6
7
4А
5А
6А

12. 3.Чистые полупроводники.

13. Чистые полупроводники

14.

15.

16. 4.Полупроводники с примесями: донорная примесь.

17.

Электрический ток в полупроводниках
Собственная проводимость полупроводников явно недостаточна для технического
применения полупроводников.
Поэтому для увеличение проводимости в чистые
полупроводники внедряют примеси (легируют) , которые бывают донорные и акцепторные.
Донорная примесь(от negative –
отрицательный) - примесь имеющая на внешней
электронной оболочке больше электронов, чем у
данного полупроводника (n-типа).
Полупроводники n-типа – полупроводники,
имеющие донорные примеси, обладающие
большим числом электронов( по сравнению с
числом дырок).
Например – мышьяк(As): 5е на внешней
оболочке и 1е не занят в ковалентной связи. В
полупроводнике n-типа электроны являются
основными носителями зарядов, а «дырки» неосновными Nе > Nдыр.

18. 5.Полупроводники с примесями: акцепторная примесь.

19. Акцепторные примеси

Акцепторные примеси – примеси, которые имеют на внешней электронной оболочке
меньше электронов, чем у данного полупроводника (p-типа).
Полупроводник p-типа (от positiv – положительный)
–полупроводник, у которого дырочная проводимость
преобладает над электронной.
Например – индий(In): 3е на внешней оболочке и 1е не
хватает. Основными носителями в полупроводнике pтипа являются «дырки», а неосновными – электроны.
Nдыр. > Nе .

20. 6.Зависимость сопротивления полупроводника от температуры.

21.

22.

23. 7.Полупроводниковый диод.

24. Полупроводниковый диод

Полупроводниковый диод – это нелинейный
электронный прибор с двумя выводами. В
зависимости от внутренней структуры, типа,
количества и уровня легирования внутренних
элементов диода и вольт-амперной
характеристики свойства полупроводниковых
диодов бывают различными.

25.

26. Обозначение

27.

28. 8. Вольтамперная характеристика полупроводникового диода.

29. Вольт амперная характеристика полупроводникового диода

30.

31. 9.Полупроводниковые приборы

32.

• Стремительное развитие и
расширение областей применения
электронных устройств обусловлено
совершенствованием элементной
базы, основу которой
составляют полупроводниковые
приборы Полупроводниковые
материалы по своему удельному
сопротивлению (ρ=10-6 ÷ 1010 Ом•м)
занимают промежуточное место
между проводниками и
диэлектриками.

33.

Основными материалами для
производства
полупроводниковых приборов
являются:
кремний (Si),
карбид кремния (SiС),
соединения галлия и индия.

34.

• Для изготовления электронных приборов используют
твердые полупроводники, имеющие кристаллическое
строение.
• Полупроводниковыми приборами называются
приборы, действие которых основано на
использовании свойств полупроводниковых
материалов.

35. Полупроводниковые диоды

Это полупроводниковый прибор с одним p-n-переходом
и двумя выводами, работа которого основана на
свойствах p-n - перехода.
Основным свойством p-n – перехода является
односторонняя проводимость – ток протекает
только в одну сторону. Условно-графическое
обозначение (УГО) диода имеет форму стрелки,
которая и указывает направление протекания тока
через прибор.
Конструктивно диод состоит из p-n-перехода,
заключенного в корпус (за исключением
микромодульных бескорпусных) и двух выводов: от pобласти – анод, от n-области – катод.
Т.е. диод – это полупроводниковый прибор,
пропускающий ток только в одном направлении –
от анода к катоду.
Зависимость тока через прибор от приложенного
напряжения называется вольт-амперной
характеристикой (ВАХ) прибора I=f(U).

36. Транзисторы

• Транзистор - это полупроводниковый
прибор, предназначенный для усиления,
генерирования и преобразования
электрических сигналов, а также
коммутации электрических цепей.
• Отличительной особенностью
транзистора является способность
усиливать напряжение и ток действующие на входе транзистора
напряжения и токи приводят к
появлению на его выходе напряжений и
токов значительно большей величины.
• Свое название транзистор получил от
сокращения двух английских слов tran(sfer)
(re)sistor - управляемый резистор.
Транзистор позволяет регулировать
ток в цепи от нуля до максимального
значения.

37.

• Классификация транзисторов:
• - по принципу действия: полевые (униполярные), биполярные,
комбинированные.
• - по значению рассеиваемой мощности: малой, средней и большой.
• - по значению предельной частоты: низко-, средне-, высоко- и
сверхвысокочастотные.
• - по значению рабочего напряжения: низко- и высоковольтные.
• - по функциональному назначению: универсальные, усилительные,
ключевые и др.
• - по конструктивному исполнению: бескорпусные и в корпусном
исполнении, с жесткими и гибкими выводами.

38.

• В зависимости от выполняемых функций транзисторы могут работать
в трех режимах:
• 1) Активный режим - используется для усиления электрических сигналов
в аналоговых устройствах. Сопротивление транзистора изменяется от
нуля до максимального значения - говорят транзистор
«приоткрывается» или «подзакрывается».
• 2) Режим насыщения - сопротивление транзистора стремится к нулю.
При этом транзистор эквивалентен замкнутому контакту реле.
• 3) Режим отсечки - транзистор закрыт и обладает высоким
сопротивлением, т.е. он эквивалентен разомкнутому контакту реле.
• Режимы насыщения и отсечки используются в цифровых, импульсных и
коммутационных схемах.

39. Индикатор

• Электрóнный индикáтор —
это электронное показывающее
устройство, предназначенное для
визуального контроля за событиями,
процессами и сигналами. Электронные
индикаторы устанавливается в
различное бытовое и промышленное
оборудование для информирования
человека об уровне или значении
различных параметров, например,
напряжения, тока, температуры,
заряде батареи и т.д. Часто
электронным индикатором ошибочно
называют механический индикатор с
электронной шкалой.

40. Спасибо за внимание.