- •Методические указания
- •«Исследование диодов»
- •Сызрань 2010
- •Сведения из теории проводимость полупроводников
- •2.1 Общие сведения о полупроводниках
- •2.2 Собственная проводимость полупроводников
- •2.3 Примесная проводимость полупроводников
- •2.4 Электронно-дырочный переход
- •2.4.1 Образование и равновесное состояние р-n перехода
- •2.4.2. Энергетическая диаграмма р-n перехода
- •2.4.3 Формулы для диффузионного и дрейфового токов
- •2.5 Электронно-дырочный переход при включении внешнего напряжения
- •2.5.1 Прямое включение р-n перехода
- •2.5.2. Обратное включение р-n перехода
- •2.6 Инжекция неосновных носителей
- •2.7. Вольт-амперная характеристика идеального р - n перехода
- •2.8 Отличие вольт-амперной характеристики
- •2.9 Виды пробоя р-n перехода
- •2.10 Емкость р-n перехода
- •2.11. Эквивалентная схема р-n перехода
- •Полупроводниковые диоды
- •3.1. Классификация полупроводниковых диодов
- •3.2 Устройство полупроводниковых диодов
- •3.3. Основные общие параметры диодов
- •3.4. Типы полупроводниковых диодов
- •3.4.1. Выпрямительные диоды
- •3.4.1.1 Вольт-амперные характеристики выпрямительных диодов
- •3.4.1.2 Влияние температуры и проникающей радиации на характеристики и параметры диодов
- •3.4.2. Универсальные (высокочастотные) диоды.
- •3.4.3. Сверхвысокочастотные диоды
- •3.4.4. Переключательные p-I-n диоды
- •3.4.5. Варикапы
- •3.4.6. Импульсные диоды
- •3.4.7. Туннельные и обращённые диоды
- •3.4.8. Стабилитроны и стабисторы
- •3.4.9. Фотодиоды
- •3.4.10. Излучательные диоды
- •Выполнение лабораторной работы на лабораторном стенде «тэц и оэ – нрм» Перечень используемых минимодулей
- •Порядок выполнения работы
- •Выполнение лабораторной работы на лабораторном стенде 17д – 01.
- •Порядок выполнения работы.
- •Содержание отчета.
- •Контрольные вопросы.
- •Литература.
2.3 Примесная проводимость полупроводников
Как отмечалось, характерной особенностью полупроводников является сильная зависимость их электропроводности от концентрации примесей.
При введении в четырёхвалентной полупроводник примеси пятивалентного элемента (например, в германий вводится мышьяк As),атомы примеси размещаются в узлах кристаллической решётки, замещая некоторые атомы германия (рис. 2.4а). При этом четыре из пяти валентных электрона атома мышьяка образуют ковалентные связи с четырьмя соседними атомами германия. Пятый валентный электрон оказывается лишним, т.е. в ковалентных связях не участвует, поэтому он легко отрывается от атома и становится свободным, увеличивая электронную проводимость полупроводника. Примесный атом мышьяка потеряв электрон, превращается в положительно заряженный атом (на рисунке обозначается знаком «+»). Его не следует путать с дыркой, поскольку он остаётся неподвижным за счёт прочной связи с соседними атомами, и поэтому участвовать в создании тока через кристалл не может.
Таким образом, при введении в германий пятивалентной примеси в полупроводнике создаётся преобладание электронной проводимости (т.е. nn>>pn, где nn концентрация электронов, а pn – концентрация дырок в полупроводнике n-типа). Такие полупроводники называются электронными или полупроводниками n-типа, а примесные атомы, обеспечивающие получение электронной проводимости, называются донорными или донорами.
В полупроводниках n-типа электроны являются основными носителями зарядов, а дырки – неосновными.
С точки зрения зонной теории образование электронной проводимости объясняется тем, что энергетические уровни атомов Wд располагаются в запрещённой зоне вблизи зоны проводимости (рис. 2.4б). Электроны донорной примеси, чтобы попасть в зону проводимости должны получить дополнительную энергию , называемую энергией активации, значительно меньшую ширины запрещённой зоны . Поэтому уже при комнатной температуре все примесные атомы оказываются ионизированными. Атомы доноров после ухода от них электронов проводимости превращаются в положительные ионы.
а) б)
Рис. 2.4
Е сли же в кристалл германия ввести примеси трёхвалентного элемента (рис. 2.5а ), например, индия In, то атомы примеси, заместив в кристаллической решётке атомы германия, образуют ковалентные связи лишь с тремя соседними атомами германия. Незаполненная четвёртая связь, заряда не создаёт, поскольку атомы примеси и германия остаются нейтральными. Однако в эту связь может перейти возбуждённый электрон от атома основного элемента (германия) за счёт разрыва одной из ковалентной связей. Разрыв ковалентной связи приводит к появлению дырки. Примесный же атом индия, захватывающий электрон, превращается в отрицательный (на рисунке обозначается знаком « ») ион, который участвовать в создании тока не может.
а) б)
рис. 2.5
Таким образом, при введении в германий трёхвалентной примеси, в полупроводнике создается преобладание дырочной проводимости (т.е. рр>>nр). Такие полупроводники называются дырочными или полупроводниками р-типа, а примесные атомы, обеспечивающие получение дырочной проводимости, называются акцепторными или акцепторами.
В полупроводниках р-типа дырки являются основными носителями зарядов, а электроны, возникающие за счёт собственной проводимости – неосновными.
С точки зрения зонной теории образование дырочной проводимости объясняется тем, что акцепторные примеси создают в запрещённой зоне, незаполненные энергетические уровни, расположенные вблизи валентной зоны (рис. 2.5б). Энергия активации акцептора значительно меньше ширины запретной зоны , поэтому уже при комнатной температуре электроны получают достаточно энергии для перемещения их из валентной зоны на уровни акцепторов, где образуются отрицательные атомы атомов примесей. В валентной зоне при этом возникает дырка.