Βασικές αρχές διόδων και τρανζίστορ ημιαγωγών. Περίληψη: Δίοδοι και τρανζίστορ ημιαγωγών, τομείς εφαρμογής τους. Αντιστάσεις ημιαγωγών, δίοδοι, τρανζίστορ

Κρατικό Πανεπιστήμιο Μεταλλείων της Μόσχας

αφηρημένη

με θέμα ΜΗΧΑΝΙΚΗ ΚΥΚΛΩΜΑΤΩΝ

Συσκευές ημιαγωγών.

(δίοδος, τρανζίστορ, τρανζίστορ εφέ πεδίου)

Τέχνη. γρ. CAD-1V-96

Tsarev A.V.

Μόσχα 1999

Πίνακας περιεχομένων

διόδους ημιαγωγών.

τρανζίστορ ημιαγωγών.

Τρανζίστορ MIS πεδίου.

Βιβλιογραφία.

Δίοδοι ημιαγωγών

Η δίοδος είναι μια συσκευή ημιαγωγών που εκπέμπει ηλεκτρική ενέργειαμόνο μία κατεύθυνση και με δύο εξόδους για συμπερίληψη στο ηλεκτρικό κύκλωμα.

Μια δίοδος ημιαγωγών είναι μια συσκευή ημιαγωγών με διασταύρωση p-n. Το στοιχείο εργασίας είναι ένας κρύσταλλος γερμανίου, ο οποίος έχει αγωγιμότητα τύπου n λόγω μιας μικρής προσθήκης ακαθαρσίας δότη. Για να δημιουργηθούν συνδέσεις p-n σε αυτό, το ίνδιο τήκεται σε μία από τις επιφάνειές του. Λόγω της διάχυσης των ατόμων του ινδίου βαθιά στον μονοκρύσταλλο γερμανίου, σχηματίζεται μια περιοχή τύπου p κοντά στην επιφάνεια του γερμανίου. Το υπόλοιπο γερμάνιο είναι ακόμα τύπου n. Μια σύνδεση p-n εμφανίζεται μεταξύ αυτών των δύο περιοχών. Για την αποφυγή των βλαβερών επιπτώσεων του αέρα και του φωτός, ο κρύσταλλος γερμανίου τοποθετείται σε ερμητική θήκη. συσκευή και σχηματική αναπαράσταση διόδου ημιαγωγών:

Τα πλεονεκτήματα των διόδων ημιαγωγών είναι το μικρό μέγεθος και το βάρος, η μεγάλη διάρκεια ζωής, η υψηλή μηχανική αντοχή. το μειονέκτημα είναι η εξάρτηση των παραμέτρων τους από τη θερμοκρασία.

Το χαρακτηριστικό βολτ-αμπέρ της διόδου (σε υψηλή τάση, η ισχύς του ρεύματος φτάνει τη μέγιστη τιμή του - ρεύμα κορεσμού) είναι μη γραμμικό, επομένως, οι ιδιότητες της διόδου εκτιμώνται από την απότομη κλίση του χαρακτηριστικού:

Τρανζίστορ ημιαγωγών

Οι ιδιότητες της σύνδεσης p-n μπορούν να χρησιμοποιηθούν για τη δημιουργία ενός ενισχυτή ηλεκτρικών ταλαντώσεων, που ονομάζεται τρίοδος ή τρανζίστορ ημιαγωγών.

Σε μια τρίοδο ημιαγωγών, οι δύο p-περιοχές του κρυστάλλου χωρίζονται από μια στενή n-περιοχή. Μια τέτοια τρίοδος συμβατικά ορίζεται p-n-p. Μπορείτε επίσης να φτιάξετε ένα n-p-n τρίοδο, π.χ. για να διαχωρίσετε δύο n-περιοχές του κρυστάλλου με μια στενή περιοχή p (Εικ.).

Ένα τρίοδο τύπου p-n-p αποτελείται από τρεις περιοχές, η πιο εξωτερική από τις οποίες έχει αγωγιμότητα οπής και η μεσαία έχει ηλεκτρονική αγωγιμότητα. Οι ανεξάρτητες επαφές e, b και k γίνονται σε αυτές τις τρεις περιοχές του τριόδου, οι οποίες σας επιτρέπουν να εφαρμόζετε διαφορετικές τάσεις στην αριστερή διασταύρωση p-n μεταξύ των επαφών e και b και στη δεξιά σύνδεση n-p μεταξύ των επαφών b και k.

Εάν εφαρμοστεί αντίστροφη τάση στη δεξιά διασταύρωση, τότε θα κλειδωθεί και ένα πολύ μικρό αντίστροφο ρεύμα θα ρέει μέσα από αυτήν. Τώρα ας εφαρμόσουμε μια άμεση τάση στην αριστερή διασταύρωση p-n, τότε ένα σημαντικό προς τα εμπρός ρεύμα θα αρχίσει να ρέει μέσα από αυτήν.

Μία από τις περιοχές της τριόδου, για παράδειγμα, η αριστερή, συνήθως περιέχει εκατοντάδες φορές περισσότερη ρύπανση τύπου p από την ποσότητα n-προσμίξεων στην περιοχή n. Επομένως, το προς τα εμπρός ρεύμα μέσω της διασταύρωσης p-n θα αποτελείται σχεδόν αποκλειστικά από οπές που κινούνται από αριστερά προς τα δεξιά. Μόλις βρεθούν στην περιοχή n της τριόδου, οι οπές που εκτελούν θερμική κίνηση διαχέονται προς τη διασταύρωση n-p, αλλά εν μέρει έχουν χρόνο να υποστούν ανασυνδυασμό με ελεύθερα ηλεκτρόνια της περιοχής n. Αλλά εάν η περιοχή n είναι στενή και δεν υπάρχουν πάρα πολλά ελεύθερα ηλεκτρόνια σε αυτήν (όχι έντονο αγωγό τύπου n), τότε οι περισσότερες οπές θα φτάσουν στη δεύτερη μετάβαση και, αφού μπουν σε αυτήν, θα κινηθούν από το πεδίο της στη δεξιά περιοχή p. Σε καλούς τριόδους, η ροή των οπών που διεισδύουν στη δεξιά περιοχή p είναι το 99% ή περισσότερο της ροής που διεισδύει στα αριστερά στην περιοχή n.

Εάν, ελλείψει τάσης μεταξύ των σημείων h και b, το αντίστροφο ρεύμα στη διασταύρωση n-p είναι πολύ μικρό, τότε αφού εμφανιστεί η τάση στους ακροδέκτες h και b, αυτό το ρεύμα είναι σχεδόν τόσο μεγάλο όσο το συνεχές ρεύμα στην αριστερή μετάβαση . Με αυτόν τον τρόπο, μπορείτε να ελέγξετε την ένταση του ρεύματος στη δεξιά (κλειδωμένη) διασταύρωση n-p χρησιμοποιώντας την αριστερή διασταύρωση p-n. Κλείνοντας την αριστερή μετάβαση, σταματάμε το ρεύμα μέσω της δεξιάς μετάβασης. ανοίγοντας την αριστερή διασταύρωση, παίρνουμε το ρεύμα στη δεξιά διασταύρωση. Αλλάζοντας την τιμή της μπροστινής τάσης στην αριστερή διασταύρωση, θα αλλάξουμε έτσι την ένταση του ρεύματος στη δεξιά διασταύρωση. Αυτή είναι η βάση για τη χρήση ενός p-n-p τριόδου ως ενισχυτή.

Κατά τη λειτουργία της τριόδου (Εικ.), η αντίσταση φορτίου R συνδέεται στη δεξιά διασταύρωση και με τη βοήθεια της μπαταρίας Β εφαρμόζεται αντίστροφη τάση (δεκάδες βολτ), εμποδίζοντας τη διασταύρωση. Σε αυτή την περίπτωση, ένα πολύ μικρό αντίστροφο ρεύμα ρέει μέσω της διασταύρωσης και ολόκληρη η τάση της μπαταρίας Β εφαρμόζεται στη διασταύρωση n-p. Σε φορτίο, η τάση είναι μηδέν. Εάν τώρα εφαρμόσουμε μια μικρή τάση προς τα εμπρός στην αριστερή διασταύρωση, τότε ένα μικρό προς τα εμπρός ρεύμα θα αρχίσει να ρέει μέσα από αυτήν. Σχεδόν το ίδιο ρεύμα θα αρχίσει να ρέει μέσω της δεξιάς διασταύρωσης, δημιουργώντας μια πτώση τάσης στην αντίσταση φορτίου R. Η τάση στη δεξιά διασταύρωση n-p μειώνεται, αφού τώρα μέρος της τάσης της μπαταρίας πέφτει κατά μήκος της αντίστασης φορτίου.

Με την αύξηση της μπροστινής τάσης στην αριστερή διασταύρωση, το ρεύμα μέσω της δεξιάς διασταύρωσης αυξάνεται και η τάση στην αντίσταση φορτίου R. Όταν η αριστερή διασταύρωση p-n είναι ανοιχτή, το ρεύμα μέσω της δεξιάς διασταύρωσης n-p γίνεται τόσο μεγάλο που ένα σημαντικό μέρος της τάσης της μπαταρίας Β πέφτει στην αντίσταση φορτίου R.

Έτσι, εφαρμόζοντας μια μπροστινή τάση ίση με κλάσματα βολτ στην αριστερή διασταύρωση, μπορείτε να πάρετε ένα μεγάλο ρεύμα μέσω του φορτίου και η τάση σε αυτό θα είναι ένα σημαντικό μέρος της τάσης της μπαταρίας Β, δηλ. δεκάδες βολτ. Αλλάζοντας την τάση που παρέχεται στην αριστερή διασταύρωση κατά εκατοστά του βολτ, αλλάζουμε την τάση στο φορτίο κατά δεκάδες βολτ. Το κέρδος τάσης επιτυγχάνεται με αυτόν τον τρόπο.

Κέρδος ρεύματος με αυτό το κύκλωμα μεταγωγής τριόδου δεν επιτυγχάνεται, καθώς το ρεύμα που ρέει μέσω της δεξιάς διασταύρωσης είναι ακόμη και ελαφρώς μικρότερο από το ρεύμα που διαρρέει την αριστερή διασταύρωση. Αλλά λόγω της ενίσχυσης τάσης, η ενίσχυση ισχύος συμβαίνει εδώ. Τελικά, η ενίσχυση ισχύος συμβαίνει λόγω της ενέργειας της πηγής Β.

Η δράση ενός τρανζίστορ μπορεί να συγκριθεί με τη δράση ενός φράγματος. Με τη βοήθεια μόνιμης πηγής (ροή ποταμού) και φράγματος δημιουργείται διαφορά στάθμης νερού. Ξοδεύοντας πολύ λίγη ενέργεια στην κατακόρυφη κίνηση του κλείστρου, μπορούμε να ελέγξουμε τη ροή του νερού μεγάλης ισχύος, δηλ. ελέγχουν την ενέργεια μιας ισχυρής σταθερής πηγής.

Η διασταύρωση που ενεργοποιείται στην κατεύθυνση ροής (αριστερά στις εικόνες) ονομάζεται πομπός και η διασταύρωση που ενεργοποιείται στην κατεύθυνση μπλοκαρίσματος (δεξιά στις εικόνες) ονομάζεται συλλέκτης. Μεσαία περιοχήονομάζεται βάση, το αριστερό είναι ο πομπός και το δεξί είναι ο συλλέκτης. Το πάχος της βάσης είναι μόνο μερικά εκατοστά ή χιλιοστά του χιλιοστού.

Η διάρκεια ζωής των τριόδων ημιαγωγών και η απόδοσή τους είναι πολλές φορές μεγαλύτερη από αυτή των σωλήνων κενού. Εξαιτίας του οποίου τα τρανζίστορ χρησιμοποιούνται ευρέως στη μικροηλεκτρονική - εξοπλισμό τηλεόρασης, βίντεο, ήχου, ραδιοφώνου και, φυσικά, σε υπολογιστές. Αντικαθιστούν σωλήνες κενού σε πολλά ηλεκτρικά κυκλώματα επιστημονικού, βιομηχανικού και οικιακού εξοπλισμού.

Τα πλεονεκτήματα των τρανζίστορ σε σύγκριση με τους σωλήνες κενού είναι τα ίδια με αυτά των διόδων ημιαγωγών - η απουσία θερμής καθόδου που καταναλώνει σημαντική ισχύ και χρειάζεται χρόνο για να τη θερμάνει. Επιπλέον, τα ίδια τα τρανζίστορ είναι πολλές φορές μικρότερα σε μάζα και μέγεθος από τους ηλεκτρικούς λαμπτήρες και τα τρανζίστορ είναι ικανά να λειτουργούν σε χαμηλότερες τάσεις.

Αλλά μαζί με τις θετικές ιδιότητες, τα τρίοδα έχουν και τα μειονεκτήματά τους. Όπως οι δίοδοι ημιαγωγών, τα τρανζίστορ είναι πολύ ευαίσθητα στην άνοδο της θερμοκρασίας, στις ηλεκτρικές υπερφορτίσεις και στην εξαιρετικά διεισδυτική ακτινοβολία (για να γίνει το τρανζίστορ πιο ανθεκτικό, είναι συσκευασμένο σε ειδική «θήκη»).

Τα κύρια υλικά από τα οποία κατασκευάζονται οι τριόδους είναι το πυρίτιο και το γερμάνιο.

Τρανζίστορ MIS πεδίου.

Ένα τρανζίστορ φαινομένου πεδίου (FET) είναι μια συσκευή ημιαγωγών τριών ηλεκτροδίων στην οποία δημιουργείται ηλεκτρικό ρεύμα από τους κύριους φορείς φορτίου υπό τη δράση ενός διαμήκους ηλεκτρικού πεδίου και το ρεύμα ελέγχεται από ένα εγκάρσιο ηλεκτρικό πεδίο που δημιουργείται από μια τάση στο ηλεκτρόδιο ελέγχου.

Τα τελευταία χρόνια, μεγάλη θέση στα ηλεκτρονικά έχουν καταλάβει συσκευές που χρησιμοποιούν φαινόμενα στο σχεδόν επιφανειακό στρώμα ενός ημιαγωγού. Το κύριο στοιχείο τέτοιων συσκευών είναι η δομή Metal-Dielectric-Semiconductor /MDP/. Ένα στρώμα οξειδίου, όπως το διοξείδιο του πυριτίου, χρησιμοποιείται συχνά ως διηλεκτρικό στρώμα μεταξύ ενός μετάλλου και ενός ημιαγωγού. Τέτοιες δομές ονομάζονται δομές MOS. Το μεταλλικό ηλεκτρόδιο εφαρμόζεται συνήθως στο διηλεκτρικό με ψεκασμό κενού. Αυτό το ηλεκτρόδιο ονομάζεται πύλη.

Τα FET είναι μονοπολικές συσκευές ημιαγωγών, καθώς η λειτουργία τους βασίζεται στη μετατόπιση των φορέων φορτίου του ίδιου σημείου σε ένα διαμήκη ηλεκτρικό πεδίο μέσω ενός ελεγχόμενου καναλιού τύπου n ή p. Το ρεύμα μέσω του καναλιού ελέγχεται από ένα εγκάρσιο ηλεκτρικό πεδίο, και όχι από το ρεύμα, όπως στα διπολικά τρανζίστορ. Επομένως, τέτοια τρανζίστορ ονομάζονται τρανζίστορ φαινομένου πεδίου.

Πύλη FET p-nμετάβαση ανάλογα με το κανάλι χωρίζονται σε PT με κανάλι τύπου p και n. Το κανάλι τύπου p έχει αγωγιμότητα οπής και το κανάλι τύπου n έχει ηλεκτρονική αγωγιμότητα.

Εάν εφαρμοστεί μια ορισμένη τάση πόλωσης στην πύλη σε σχέση με τον ημιαγωγό, τότε εμφανίζεται μια περιοχή φόρτισης χώρου κοντά στην επιφάνεια του ημιαγωγού, το σημάδι της οποίας είναι αντίθετο από το πρόσημο του φορτίου στην πύλη. Σε αυτήν την περιοχή, η συγκέντρωση των φερόντων ρεύματος μπορεί να διαφέρει σημαντικά από τη συγκέντρωση του όγκου τους.

Η φόρτιση της περιοχής κοντά στην επιφάνεια του ημιαγωγού οδηγεί στην εμφάνιση διαφοράς δυναμικού μεταξύ αυτού και του όγκου του ημιαγωγού και, κατά συνέπεια, στην καμπυλότητα των ζωνών ενέργειας. Με αρνητικό φορτίο στην πύλη, οι ενεργειακές ζώνες κάμπτονται προς τα πάνω, αφού όταν ένα ηλεκτρόνιο μετακινείται από τον όγκο στην επιφάνεια, η ενέργειά του αυξάνεται. Εάν η πύλη είναι θετικά φορτισμένη, τότε οι ζώνες κάμπτονται προς τα κάτω.

Το σχήμα δείχνει τη δομή ζώνης ενός n-ημιαγωγού με αρνητικό φορτίο στην πύλη και δίνονται οι ονομασίες των κύριων μεγεθών που χαρακτηρίζουν την επιφάνεια. διαφορά δυναμικού μεταξύ της επιφάνειας και του όγκου του ημιαγωγού. κάμψη ζωνών κοντά στην επιφάνεια. στη μέση της απαγορευμένης ζώνης. Μπορεί να φανεί από το σχήμα ότι, στο μεγαλύτερο μέρος ενός ημιαγωγού, η απόσταση από το κάτω μέρος της ζώνης αγωγιμότητας μέχρι το επίπεδο Fermi είναι μικρότερη από την απόσταση από το επίπεδο Fermi μέχρι την κορυφή της ζώνης σθένους. Επομένως, η συγκέντρωση ισορροπίας των ηλεκτρονίων είναι μεγαλύτερη από τη συγκέντρωση των οπών: όπως θα έπρεπε να είναι στους n-ημιαγωγούς. Στο επιφανειακό στρώμα του διαστημικού φορτίου, οι ζώνες κάμπτονται και η απόσταση από το κάτω μέρος της ζώνης αγωγιμότητας στο επίπεδο Fermi αυξάνεται συνεχώς καθώς κινείται προς την επιφάνεια και η απόσταση από το επίπεδο Fermi από την κορυφή της ζώνης σθένους μειώνεται συνεχώς.

Συχνά, η κάμψη των ζωνών κοντά στην επιφάνεια εκφράζεται σε μονάδες kT και συμβολίζεται με Ys. Στη συνέχεια, κατά τον σχηματισμό της περιοχής κοντά στην επιφάνεια του ημιαγωγού, μπορούν να συμβούν τρεις σημαντικές περιπτώσεις: εξάντληση, αναστροφή και εμπλουτισμός αυτής της περιοχής με φορείς φορτίου. Αυτές οι περιπτώσεις για ημιαγωγούς τύπου n και p φαίνονται στα Σχ.

Η περιοχή εξάντλησης εμφανίζεται όταν το πρόσημο της φόρτισης πύλης συμπίπτει με το πρόσημο των περισσότερων φορέων ρεύματος. Η κάμψη της ζώνης που προκαλείται από ένα τέτοιο φορτίο οδηγεί σε αύξηση της απόστασης από το επίπεδο Fermi μέχρι το κάτω μέρος της ζώνης αγωγιμότητας σε έναν ημιαγωγό τύπου n και στην κορυφή της ζώνης σθένους σε έναν ημιαγωγό τύπου p. Η αύξηση αυτής της απόστασης συνοδεύεται από εξάντληση της περιοχής κοντά στην επιφάνεια από μεγάλους μεταφορείς. Σε μια υψηλή πυκνότητα φορτίου πύλης, το πρόσημο της οποίας συμπίπτει με το πρόσημο του φορτίου των πλειοψηφικών φορέων, καθώς πλησιάζει κανείς την επιφάνεια, η απόσταση από το επίπεδο Fermi μέχρι την κορυφή της ζώνης σθένους σε έναν ημιαγωγό τύπου n αποδεικνύεται να είναι μικρότερη από την απόσταση από το κάτω μέρος της ζώνης αγωγιμότητας. Ως αποτέλεσμα, η συγκέντρωση των μη βασικών φορέων φορτίου /οπές/ στην επιφάνεια του ημιαγωγού γίνεται υψηλότερη από τη συγκέντρωση των πλειοψηφικών φορέων και ο τύπος αγωγιμότητας σε αυτή την περιοχή αλλάζει, αν και υπάρχουν λίγα ηλεκτρόνια και οπές, σχεδόν όπως στον εγγενή ημιαγωγό. Κοντά στην επιφάνεια, ωστόσο, μπορεί να υπάρχουν τόσοι πολλοί ή και περισσότεροι μη πλειοψηφικοί φορείς όσοι και πλειοψηφικοί φορείς στον κύριο όγκο του ημιαγωγού. Τέτοια καλά αγώγιμα στρώματα κοντά στην επιφάνεια με τον τύπο αγωγιμότητας αντίθετο από τον όγκο ονομάζονται στρώματα αναστροφής. Ένα στρώμα εξάντλησης γειτνιάζει με το στρώμα αναστροφής βαθιά από την επιφάνεια.

Εάν το πρόσημο του φορτίου πύλης είναι αντίθετο με το πρόσημο του φορτίου των κύριων φορέων ρεύματος στον ημιαγωγό, τότε υπό την επιρροή του, οι κύριοι φορείς έλκονται στην επιφάνεια και το στρώμα κοντά στην επιφάνεια εμπλουτίζεται από αυτούς. Τέτοια στρώματα ονομάζονται εμπλουτισμένα.

Στα ολοκληρωμένα ηλεκτρονικά, οι δομές MIS χρησιμοποιούνται ευρέως για τη δημιουργία τρανζίστορ και διαφόρων ολοκληρωμένων μικροκυκλωμάτων που βασίζονται σε αυτά. Στο σχ. δείχνει σχηματικά τη δομή ενός τρανζίστορ MIS με μονωμένη πύλη. Το τρανζίστορ αποτελείται από έναν κρύσταλλο πυριτίου (για παράδειγμα, τύπου n), στην επιφάνεια του οποίου σχηματίζονται περιοχές p με διάχυση /ή εμφύτευση ιόντων/ σε παράθυρα στο οξείδιο, όπως φαίνεται στο Σχ. Μία από αυτές τις περιοχές ονομάζεται πηγή, η άλλη ονομάζεται αποχέτευση. Οι ωμικές επαφές εφαρμόζονται πάνω τους. Το κενό μεταξύ των περιοχών καλύπτεται με ένα μεταλλικό φιλμ που απομονώνεται από την επιφάνεια του κρυστάλλου με ένα στρώμα οξειδίου. Αυτό το ηλεκτρόδιο τρανζίστορ ονομάζεται πύλη. Στο όριο μεταξύ p- και n-περιοχών, εμφανίζονται δύο διασταυρώσεις p-n - πηγή και αποστράγγιση, που φαίνονται στο σχήμα. φαίνεται με εκκόλαψη.

Στο σχ. φαίνεται ένα διάγραμμα της συμπερίληψης ενός τρανζίστορ σε ένα κύκλωμα: ένα συν συνδέεται με την πηγή, ένα μείον της πηγής τάσης στην αποστράγγιση και ένα μείον της πηγής στην πύλη. Για απλότητα, θα υποθέσουμε ότι δεν υπάρχει διαφορά δυναμικού επαφής, δεν υπάρχει φορτίο στο οξείδιο και δεν υπάρχουν επιφανειακές καταστάσεις. Τότε οι ιδιότητες της περιοχής επιφάνειας, ελλείψει τάσης στην πύλη, δεν διαφέρουν σε καμία περίπτωση από τις ιδιότητες των ημιαγωγών στο μεγαλύτερο μέρος. Η αντίσταση μεταξύ της αποστράγγισης και της πηγής είναι πολύ υψηλή, καθώς η διασταύρωση p-n αποστράγγισης είναι υπό αντίστροφη πόλωση. Η εφαρμογή αρνητικής προκατάληψης στην πύλη οδηγεί πρώτα στο σχηματισμό μιας περιοχής εξάντλησης κάτω από την πύλη, και σε μια ορισμένη τάση που ονομάζεται κατώφλι, στο σχηματισμό μιας περιοχής αναστροφής που συνδέει τις περιοχές p πηγής και αποστράγγισης με ένα αγώγιμο κανάλι. Σε υψηλότερες τάσεις πύλης, το κανάλι γίνεται ευρύτερο και η αντίσταση της πηγής αποστράγγισης γίνεται μικρότερη. Η υπό εξέταση δομή είναι επομένως μια ελεγχόμενη αντίσταση.

Ωστόσο, η αντίσταση του καναλιού καθορίζεται μόνο από την τάση πύλης μόνο σε χαμηλές τάσεις αποστράγγισης. Με την αύξηση, οι φορείς αφήνουν το κανάλι στην περιοχή του βυθίσματος, το στρώμα εξάντλησης στη διασταύρωση αποστράγγισης n-p διαστέλλεται και το κανάλι στενεύει. Η εξάρτηση του ρεύματος από την τάση αποστράγγισης γίνεται μη γραμμική.

Καθώς το κανάλι στενεύει, ο αριθμός των ελεύθερων φορέων ρεύματος κάτω από την πύλη μειώνεται καθώς πλησιάζει την αποστράγγιση. Προκειμένου το ρεύμα στο κανάλι να είναι το ίδιο σε οποιοδήποτε από τα τμήματα του, το ηλεκτρικό πεδίο κατά μήκος του καναλιού πρέπει, στην περίπτωση αυτή, να είναι ανομοιόμορφο, η ισχύς του πρέπει να αυξάνεται καθώς πλησιάζει την αποστράγγιση. Επιπλέον, η εμφάνιση μιας κλίσης συγκέντρωσης ελεύθερων φορέων ρεύματος κατά μήκος του καναλιού οδηγεί στην εμφάνιση ενός συστατικού διάχυσης της πυκνότητας ρεύματος.

Σε μια ορισμένη τάση στην αποστράγγιση, το κανάλι στην αποστράγγιση μπλοκάρεται, με ακόμη μεγαλύτερη μετατόπιση, το κανάλι βραχύνεται προς την πηγή. Το κλείσιμο του καναλιού, ωστόσο, δεν οδηγεί στην εξαφάνιση του ρεύματος αποστράγγισης, αφού στο στρώμα εξάντλησης που έφραξε το κανάλι, το ηλεκτρικό πεδίο τραβάει τρύπες κατά μήκος της επιφάνειας. Όταν οι φορείς ρεύματος από το κανάλι εισέρχονται σε αυτήν την περιοχή λόγω διάχυσης, παραλαμβάνονται από το χωράφι και μεταφέρονται στην αποχέτευση. Έτσι, καθώς αυξάνεται η τάση αποστράγγισης, ο μηχανισμός καθαρής μετατόπισης της κίνησης του φορέα ρεύματος κατά μήκος του καναλιού αντικαθίσταται από έναν μηχανισμό διάχυσης-μετακίνησης.

Ο μηχανισμός ροής ρεύματος σε ένα τρανζίστορ MIS με κλειστό κανάλι έχει μερικά κοινά χαρακτηριστικά με τη ροή του ρεύματος σε μια ανάστροφη πολωμένη διασταύρωση n-p. Θυμηθείτε ότι στη διασταύρωση n-p, οι φορείς μειοψηφίας ρεύματος εισέρχονται στην περιοχή φορτίου χώρου της διασταύρωσης λόγω διάχυσης και στη συνέχεια συλλαμβάνονται από το πεδίο της.

Όπως δείχνουν η θεωρία και το πείραμα, μετά το κλείσιμο του καναλιού, το ρεύμα αποστράγγισης είναι πρακτικά κορεσμένο. Η τιμή του ρεύματος κορεσμού εξαρτάται από την τάση της πύλης· όσο υψηλότερη, τόσο ευρύτερο είναι το κανάλι και τόσο μεγαλύτερο είναι το ρεύμα κορεσμού. Αυτό είναι ένα τυπικό φαινόμενο τρανζίστορ - η τάση πύλης (στο κύκλωμα εισόδου) μπορεί να ελεγχθεί από το ρεύμα αποστράγγισης (ρεύμα στο κύκλωμα εξόδου). Ένα χαρακτηριστικό γνώρισμα των τρανζίστορ MOS είναι ότι η είσοδος τους είναι ένας πυκνωτής που σχηματίζεται από μια μεταλλική πύλη που απομονώνεται από τον ημιαγωγό.

Στη διεπαφή ημιαγωγού-διηλεκτρικού, στο διάκενο ζώνης του ημιαγωγού, υπάρχουν ενεργειακές καταστάσεις που ονομάζονται καταστάσεις επιφάνειας ή, ακριβέστερα, καταστάσεις διεπαφής. Οι κυματοσυναρτήσεις των ηλεκτρονίων σε αυτές τις καταστάσεις εντοπίζονται κοντά στη διεπιφάνεια σε περιοχές της τάξης της σταθεράς του πλέγματος. Ο λόγος για την εμφάνιση των υπό εξέταση καταστάσεων είναι η ατέλεια της διεπαφής ημιαγωγού-διηλεκτρικού (οξειδίου). Σε πραγματικές διεπαφές, υπάρχει πάντα ένας ορισμένος αριθμός δεσμών που κρέμονται και η στοιχειομετρία της σύνθεσης του φιλμ διηλεκτρικού οξειδίου παραβιάζεται. Η πυκνότητα και η φύση των καταστάσεων της διεπαφής εξαρτώνται ουσιαστικά από την τεχνολογία δημιουργίας ενός διηλεκτρικού φιλμ.

Η παρουσία επιφανειακών καταστάσεων στη διεπαφή ημιαγωγού-διηλεκτρικού επηρεάζει αρνητικά τις παραμέτρους του τρανζίστορ MIS, καθώς μέρος του φορτίου που προκαλείται κάτω από την πύλη στον ημιαγωγό δεσμεύεται από αυτές τις καταστάσεις. Η επιτυχία στη δημιουργία τρανζίστορ φαινομένου πεδίου του υπό εξέταση τύπου επιτεύχθηκε μετά την ανάπτυξη της τεχνολογίας για τη δημιουργία φιλμ σε επιφάνεια πυριτίου με χαμηλή πυκνότητα καταστάσεων διεπαφής.

Στο ίδιο το οξείδιο του πυριτίου, υπάρχει πάντα ένα θετικό «ενσωματωμένο» φορτίο, η φύση του οποίου δεν έχει ακόμη αποσαφηνιστεί πλήρως. Η τιμή αυτού του φορτίου εξαρτάται από την τεχνολογία κατασκευής οξειδίων και συχνά αποδεικνύεται τόσο μεγάλη που εάν χρησιμοποιείται πυρίτιο τύπου p ως υπόστρωμα, τότε σχηματίζεται ένα στρώμα αναστροφής κοντά στην επιφάνειά του ακόμη και σε μηδενική πύλη πύλης. Τέτοια τρανζίστορ ονομάζονται τρανζίστορ ΕΝΣΩΜΑΤΩΜΕΝΟΥ ΚΑΝΑΛΙΟΥ. Το κανάλι σε αυτά διατηρείται ακόμα και όταν εφαρμόζεται κάποια αρνητική προκατάληψη στην πύλη. Σε αντίθεση με αυτά, στα τρανζίστορ που κατασκευάζονται σε ένα n-υπόστρωμα, στο οποίο απαιτείται υπερβολικό φορτίο οξειδίου για το σχηματισμό ενός στρώματος αναστροφής, ένα κανάλι εμφανίζεται μόνο όταν μια τάση που υπερβαίνει μια ορισμένη τάση κατωφλίου εφαρμόζεται στην πύλη. Αυτή η πόλωση πύλης πρέπει να έχει αρνητικό πρόσημο για τρανζίστορ με n-υπόστρωμα και θετική στην περίπτωση p-υποστρώματος.

Σε υψηλές τάσεις αποστράγγισης του τρανζίστορ MIS, η περιοχή φόρτισης χώρου από την περιοχή αποστράγγισης μπορεί να εξαπλωθεί τόσο έντονα που το κανάλι εξαφανίζεται εντελώς. Στη συνέχεια, οι φορείς από την περιοχή της πηγής με έντονο ντοπάρισμα θα ορμήσουν στην αποχέτευση, όπως ακριβώς όταν «τρυπιέται» η βάση ενός διπολικού τρανζίστορ.

Βιβλιογραφία:

"Solid State Electronics" G.I.Epifanov, Yu.A.Moma.

«Ηλεκτρονική και Μηχανική Μικροκυκλωμάτων» V.A. Skarzhepa, A.N. Λουτσένκο.

Η ραγδαία ανάπτυξη και επέκταση των περιοχών εφαρμογής των ηλεκτρονικών συσκευών οφείλεται στη βελτίωση της βάσης στοιχείων, η οποία βασίζεται στην συσκευές ημιαγωγών. Επομένως, για να κατανοήσουμε τη λειτουργία των ηλεκτρονικών συσκευών, είναι απαραίτητο να γνωρίζουμε τη δομή και την αρχή λειτουργίας των κύριων τύπων συσκευών ημιαγωγών.

τρανζίστορ

Ένα τρανζίστορ είναι μια συσκευή ημιαγωγών που έχει σχεδιαστεί για την ενίσχυση, τη δημιουργία και τη μετατροπή ηλεκτρικών σημάτων, καθώς και τη μεταγωγή ηλεκτρικών κυκλωμάτων.

Ένα χαρακτηριστικό γνώρισμα του τρανζίστορ είναι η ικανότητα ενίσχυσης τάσης και ρεύματος - οι τάσεις και τα ρεύματα που δρουν στην είσοδο του τρανζίστορ οδηγούν στην εμφάνιση πολύ μεγαλύτερων τάσεων και ρευμάτων στην έξοδό του.

Με την εξάπλωση των ψηφιακών ηλεκτρονικών και των κυκλωμάτων παλμών, η κύρια ιδιότητα ενός τρανζίστορ είναι η ικανότητά του να βρίσκεται σε ανοιχτή και κλειστή κατάσταση υπό τη δράση ενός σήματος ελέγχου.

Το τρανζίστορ πήρε το όνομά του από τη μείωση των δύο αγγλικές λέξεις trans(sfer) (re)sistor - ελεγχόμενη αντίσταση. Αυτό το όνομα δεν είναι τυχαίο, καθώς υπό τη δράση της τάσης εισόδου που εφαρμόζεται στο τρανζίστορ, η αντίσταση μεταξύ των ακροδεκτών εξόδου του μπορεί να ρυθμιστεί σε πολύ μεγάλο εύρος.

Το τρανζίστορ σάς επιτρέπει να ρυθμίσετε το ρεύμα στο κύκλωμα από το μηδέν στη μέγιστη τιμή.

Ταξινόμηση τρανζίστορ:

Σύμφωνα με την αρχή της δράσης: πεδίο (μονοπολικό), διπολικό, συνδυασμένο.

Σύμφωνα με την τιμή της κατανεμημένης ισχύος: μικρή, μεσαία και μεγάλη.

Με την τιμή της οριακής συχνότητας: χαμηλής, μεσαίας, υψηλής και υπερυψηλής συχνότητας.

Σύμφωνα με την τιμή της τάσης λειτουργίας: χαμηλή και υψηλή τάση.

Κατά λειτουργικό σκοπό: γενική, ενισχυτική, κλειδί, κ.λπ.

Σχεδιαστικά: μη συσκευασμένα και σε θήκη, με άκαμπτα και εύκαμπτα καλώδια.

Ανάλογα με τις λειτουργίες που εκτελούνται, τα τρανζίστορ μπορούν να λειτουργήσουν σε τρεις τρόπους:

1) Ενεργός λειτουργία - χρησιμοποιείται για την ενίσχυση ηλεκτρικών σημάτων σε αναλογικές συσκευές. Η αντίσταση του τρανζίστορ αλλάζει από το μηδέν στη μέγιστη τιμή - λένε ότι το τρανζίστορ "ανοίγει" ή "κλείνει".

2) Λειτουργία κορεσμού - η αντίσταση του τρανζίστορ τείνει στο μηδέν. Σε αυτή την περίπτωση, το τρανζίστορ είναι ισοδύναμο με μια κλειστή επαφή ρελέ.

3) Λειτουργία αποκοπής - το τρανζίστορ είναι κλειστό και έχει υψηλή αντίσταση, δηλ. ισοδυναμεί με επαφή ανοιχτού ρελέ.

Οι τρόποι κορεσμού και αποκοπής χρησιμοποιούνται σε ψηφιακά, παλμικά κυκλώματα και κυκλώματα μεταγωγής.

διπολικό τρανζίστορ- Πρόκειται για μια συσκευή ημιαγωγών με δύο συνδέσεις p-n και τρεις απαγωγές, η οποία παρέχει ενίσχυση της ισχύος των ηλεκτρικών σημάτων.

Στα διπολικά τρανζίστορ, το ρεύμα οφείλεται στην κίνηση δύο τύπων φορέων φορτίου: ηλεκτρονίων και οπών, που καθορίζει το όνομά τους.

Στα διαγράμματα, τα τρανζίστορ επιτρέπεται να απεικονίζονται τόσο σε κύκλο όσο και χωρίς αυτόν (Εικ. 3). Το βέλος δείχνει την κατεύθυνση της ροής του ρεύματος στο τρανζίστορ.

Εικόνα 3 - Υπό όρους - γραφικές ονομασίες των τρανζίστορ n-p-n (a) και p-n-p (b)

Η βάση του τρανζίστορ είναι μια πλάκα ημιαγωγών, στην οποία σχηματίζονται τρία τμήματα με εναλλασσόμενο τύπο αγωγιμότητας - ηλεκτρονική και οπή. Ανάλογα με την εναλλαγή των στρωμάτων, διακρίνονται δύο τύποι δομών τρανζίστορ: n-p-n (Εικ. 3, α) και p-n-p (Εικ. 3, β).

Εκπομπός (Ε) - ένα στρώμα που είναι πηγή φορέων φορτίου (ηλεκτρόνια ή οπές) και δημιουργεί ρεύμα συσκευής.

Συλλέκτης (K) - ένα στρώμα που δέχεται φορείς φορτίου που προέρχονται από τον πομπό.

Βάση (Β) - το μεσαίο στρώμα που ελέγχει το ρεύμα του τρανζίστορ.

Όταν ένα τρανζίστορ είναι συνδεδεμένο σε ένα ηλεκτρικό κύκλωμα, ένα από τα ηλεκτρόδιά του είναι η είσοδος (η πηγή του εναλλασσόμενου σήματος εισόδου είναι ενεργοποιημένη), το άλλο είναι η έξοδος (το φορτίο είναι ενεργοποιημένο), το τρίτο ηλεκτρόδιο είναι κοινό ως προς στην είσοδο και στην έξοδο. Στις περισσότερες περιπτώσεις, χρησιμοποιείται ένα κοινό κύκλωμα εκπομπού (Εικόνα 4). Δεν παρέχεται περισσότερο από 1 V στη βάση, περισσότερο από 1 V στον συλλέκτη, για παράδειγμα +5 V, +12 V, +24 V, κ.λπ.

Εικόνα 4 - Σχέδια για την ενεργοποίηση ενός διπολικού τρανζίστορ με κοινό πομπό

Το ρεύμα συλλέκτη εμφανίζεται μόνο όταν ρέει το ρεύμα βάσης Ib (καθορίζεται από το Ube). Όσο περισσότερο Ib, τόσο περισσότερο Ik. Το Ib μετριέται σε μονάδες mA και το ρεύμα συλλέκτη μετράται σε δεκάδες και εκατοντάδες mA, δηλ. IbIk. Επομένως, όταν εφαρμόζεται ένα εναλλασσόμενο σήμα μικρού πλάτους στη βάση, το μικρό Ib θα αλλάξει και το μεγάλο Ik θα αλλάξει αναλογικά με αυτό. Όταν στο κύκλωμα συλλέκτη περιλαμβάνεται αντίσταση φορτίου, θα εκπέμπεται ένα σήμα σε αυτό, επαναλαμβάνοντας το σχήμα της εισόδου, αλλά μεγαλύτερου πλάτους, δηλ. ενισχυμένο σήμα.

Οι μέγιστες επιτρεπόμενες παράμετροι των τρανζίστορ περιλαμβάνουν κυρίως: τη μέγιστη επιτρεπόμενη ισχύ που διαχέεται στον συλλέκτη Pk.max, την τάση μεταξύ του συλλέκτη και του πομπού Uke.max, το ρεύμα συλλέκτη Ik.max.

Για να αυξηθούν οι περιοριστικές παράμετροι, παράγονται συγκροτήματα τρανζίστορ, τα οποία μπορούν να έχουν έως και αρκετές εκατοντάδες παράλληλα συνδεδεμένα τρανζίστορ κλεισμένα σε μία θήκη.

Τα διπολικά τρανζίστορ χρησιμοποιούνται πλέον όλο και λιγότερο, ειδικά στην τεχνολογία παλμικής ισχύος. Η θέση τους έχει πάρει MOSFET και IGBT, τα οποία έχουν αναμφισβήτητα πλεονεκτήματα σε αυτόν τον τομέα της ηλεκτρονικής.

Στα τρανζίστορ φαινομένου πεδίου, το ρεύμα καθορίζεται από την κίνηση των φορέων ενός μόνο σημείου (ηλεκτρόνια ή οπές). Σε αντίθεση με τα διπολικά, το ρεύμα του τρανζίστορ ελέγχεται από ένα ηλεκτρικό πεδίο, το οποίο αλλάζει τη διατομή του αγώγιμου καναλιού.

Δεδομένου ότι δεν υπάρχει ροή ρεύματος στο κύκλωμα εισόδου, η κατανάλωση ισχύος από αυτό το κύκλωμα είναι πρακτικά μηδενική, κάτι που είναι αναμφίβολα ένα πλεονέκτημα του τρανζίστορ φαινομένου πεδίου.

Δομικά, το τρανζίστορ αποτελείται από ένα αγώγιμο κανάλι τύπου n ή p, στα άκρα του οποίου υπάρχουν περιοχές: μια πηγή που εκπέμπει φορείς φορτίου και μια αποστράγγιση που δέχεται φορείς. Το ηλεκτρόδιο που χρησιμοποιείται για τη ρύθμιση της διατομής του καναλιού ονομάζεται πύλη.

Τρανζίστορ εφέ πεδίου- Πρόκειται για μια συσκευή ημιαγωγών που ρυθμίζει το ρεύμα στο κύκλωμα αλλάζοντας τη διατομή του αγώγιμου καναλιού.

Υπάρχουν τρανζίστορ φαινομένου πεδίου με πύλη με τη μορφή σύνδεσης p-n και με μονωμένη πύλη.

Τα τρανζίστορ πεδίου με μονωμένη πύλη μεταξύ του καναλιού ημιαγωγού και της μεταλλικής πύλης έχουν μονωτικό στρώμα από τρανζίστορ διηλεκτρικού - MOS (μέταλλο - διηλεκτρικό - ημιαγωγό), ειδική θήκη - οξείδιο του πυριτίου - τρανζίστορ MOS.

Το τρανζίστορ MIS με ενσωματωμένο κανάλι έχει μια αρχική αγωγιμότητα, η οποία, ελλείψει σήματος εισόδου (Ui = 0), είναι περίπου το ήμισυ της μέγιστης. Στα τρανζίστορ MIS με επαγόμενο κανάλι, στην τάση Uzi=0, δεν υπάρχει ρεύμα εξόδου, Ic=0, αφού αρχικά δεν υπάρχει αγώγιμο κανάλι.

Τα τρανζίστορ MIS με επαγόμενο κανάλι ονομάζονται επίσης τρανζίστορ MOSFET. Χρησιμοποιούνται κυρίως ως βασικά στοιχεία, για παράδειγμα στην εναλλαγή τροφοδοτικών.

Τα βασικά στοιχεία που βασίζονται σε τρανζίστορ MIS έχουν πολλά πλεονεκτήματα: το κύκλωμα σήματος δεν συνδέεται γαλβανικά με την πηγή της δράσης ελέγχου, το κύκλωμα ελέγχου δεν καταναλώνει ρεύμα και έχουν αμφίδρομη αγωγιμότητα. Τα τρανζίστορ πεδίου, σε αντίθεση με τα διπολικά, δεν φοβούνται την υπερθέρμανση.

Διαβάστε περισσότερα για τα τρανζίστορ εδώ:

Θυρίστορ

Το θυρίστορ είναι μια συσκευή ημιαγωγών που λειτουργεί σε δύο σταθερές καταστάσεις - χαμηλή αγωγιμότητα (κλειστό θυρίστορ) και υψηλή αγωγιμότητα (ανοικτό θυρίστορ). Δομικά, το θυρίστορ έχει τρεις ή περισσότερες διασταυρώσεις p-n και τρεις εξόδους.

Εκτός από την άνοδο και την κάθοδο, ο σχεδιασμός του θυρίστορ έχει μια τρίτη έξοδο (ηλεκτρόδιο), η οποία ονομάζεται έλεγχος.

Το θυρίστορ είναι σχεδιασμένο για ενεργοποίηση και απενεργοποίηση χωρίς επαφή ηλεκτρικών κυκλωμάτων. Χαρακτηρίζονται από υψηλή ταχύτητα και δυνατότητα εναλλαγής ρευμάτων πολύ σημαντικής τιμής (έως 1000 A). Σταδιακά αντικαταστάθηκε από τρανζίστορ μεταγωγής.

Εικόνα 5 - Υπό όρους - γραφικός προσδιορισμός θυρίστορ

Ντινίστορ (δύο ηλεκτροδίων)- όπως οι συμβατικές διόδους ανορθωτή, έχουν μια άνοδο και μια κάθοδο. Με αύξηση της τάσης προς τα εμπρός σε μια ορισμένη τιμή Ua \u003d Uon, ανοίγει το dinstor.

Θυρίστορ (τρινίστορες - τρία ηλεκτρόδια)- να έχετε ένα πρόσθετο ηλεκτρόδιο ελέγχου. Το Uon αλλάζει από το ρεύμα ελέγχου που ρέει μέσω του ηλεκτροδίου ελέγχου.

Για να μεταφέρετε το θυρίστορ στην κλειστή κατάσταση, είναι απαραίτητο να εφαρμόσετε μια αντίστροφη τάση (- στην άνοδο, + στην κάθοδο) ή να μειώσετε το ρεύμα προς τα εμπρός κάτω από μια τιμή που ονομάζεται ρεύμα συγκράτησης Ihold.

Θυρίστορ που κλειδώνει- μπορεί να αλλάξει σε κλειστή κατάσταση εφαρμόζοντας έναν παλμό ελέγχου αντίστροφης πολικότητας.

Θυρίστορ: αρχή λειτουργίας, σχέδια, τύποι και μέθοδοι συμπερίληψης

Triacs (συμμετρικά θυρίστορ)- να μεταφέρετε ρεύμα και στις δύο κατευθύνσεις.

Τα θυρίστορ χρησιμοποιούνται ως διακόπτες εγγύτητας και ελεγχόμενοι ανορθωτές σε συσκευές αυτοματισμού και μετατροπείς ηλεκτρικού ρεύματος. Σε κυκλώματα εναλλασσόμενων και παλμικών ρευμάτων, είναι δυνατή η αλλαγή του χρόνου της ανοιχτής κατάστασης του θυρίστορ, και ως εκ τούτου του χρόνου ροής ρεύματος μέσω του φορτίου. Αυτό σας επιτρέπει να ελέγχετε την ισχύ που καταναλώνεται στο φορτίο.

Η μονόπλευρη αγωγιμότητα των επαφών δύο ημιαγωγών (ή μετάλλου με έναν ημιαγωγό) χρησιμοποιείται για την ανόρθωση και τη μετατροπή εναλλασσόμενων ρευμάτων. Εάν υπάρχει μία μετάβαση ηλεκτρονίου-οπής, τότε η δράση της είναι παρόμοια με τη δράση ενός λαμπτήρα δύο ηλεκτροδίων - μιας διόδου (βλ. § 105). Επομένως, μια συσκευή ημιαγωγών που περιέχει ένα περιοχή-μετάβαση ονομάζεται ημιαγωγός (κρυστάλλινος) δίοδος. Οι δίοδοι ημιαγωγών κατά σχεδιασμό χωρίζονται σε σημείοκαι επίπεδη.

Ρύζι. 339 Εικ. 340

Ως παράδειγμα, λάβετε υπόψη μια σημειακή δίοδο γερμανίου (Εικ. 339), στην οποία ένα λεπτό σύρμα βολφραμίου 1 πιέζεται πάνω n-Γερμανία 2 με μύτη με επίστρωση αλουμινίου. Εάν ένας βραχυπρόθεσμος παλμός ρεύματος περάσει μέσα από τη δίοδο προς τα εμπρός, τότε η διάχυση του Al σε Ge αυξάνεται απότομα και σχηματίζεται ένα στρώμα γερμανίου, εμπλουτισμένο σε αλουμίνιο και R-αγώγιμο. Στα όρια αυτού του στρώματος, περιοχήδιασταύρωση με υψηλό συντελεστή διόρθωσης. Λόγω της χαμηλής χωρητικότητας του στρώματος επαφής, οι σημειακές δίοδοι χρησιμοποιούνται ως ανιχνευτές (ανορθωτές) ταλαντώσεων υψηλής συχνότητας μέχρι το εύρος μήκους κύματος εκατοστών.

Ένα σχηματικό διάγραμμα ενός επίπεδου ανορθωτή οξειδίου του χαλκού (cuprox) δίνεται στο σχ. 340. Ένα στρώμα οξειδίου του χαλκού Cu 2 O χτίζεται σε μια πλάκα χαλκού με τη βοήθεια χημικής επεξεργασίας, η οποία καλύπτεται με ένα στρώμα αργύρου. Το ασημένιο ηλεκτρόδιο χρησιμεύει μόνο για την ενεργοποίηση του ανορθωτή στο κύκλωμα. Μέρος του στρώματος Cu 2 O που βρίσκεται δίπλα στο Cu και είναι εμπλουτισμένο με αυτό έχει ηλεκτρονική αγωγιμότητα και το τμήμα του στρώματος Cu 2 O που βρίσκεται δίπλα στο Ag και είναι εμπλουτισμένο (κατά την κατασκευή του ανορθωτή) με οξυγόνο έχει αγωγιμότητα οπών. Έτσι, στο πάχος του οξειδίου του χαλκού, σχηματίζεται ένα στρώμα φραγμού με κατεύθυνση ροής του ρεύματος από Cu 2 O σε Cu ().

Η τεχνολογία για την κατασκευή μιας επίπεδης διόδου γερμανίου περιγράφεται στην § 249 (βλ. Εικ. 325). Επίσης κοινές είναι οι δίοδοι σεληνίου και οι δίοδοι με βάση το αρσενίδιο του γαλλίου και το καρβίδιο του πυριτίου. Οι υπό εξέταση δίοδοι έχουν πολλά πλεονεκτήματα σε σύγκριση με τους σωλήνες κενού (μικρές συνολικές διαστάσεις, υψηλή απόδοση και διάρκεια ζωής, σταθερή ετοιμότητα για λειτουργία κ.λπ.), αλλά είναι πολύ ευαίσθητες στη θερμοκρασία, επομένως το εύρος θερμοκρασίας λειτουργίας τους είναι περιορισμένο (από –70 έως +120°C). p-n-Οι μεταβάσεις όχι μόνο έχουν εξαιρετικές ιδιότητες ανόρθωσης, αλλά μπορούν επίσης να χρησιμοποιηθούν για ενίσχυση και εάν εισαχθεί ανάδραση στο κύκλωμα, τότε για τη δημιουργία ηλεκτρικών ταλαντώσεων. Οι συσκευές που έχουν σχεδιαστεί για αυτό το σκοπό ονομάζονται τρίοδες ημιαγωγώνή τρανζίστορ(το πρώτο τρανζίστορ δημιουργήθηκε το 1949 από τους Αμερικανούς φυσικούς D. Bardeen, W. Brattain και W. Shockley. βραβείο Νόμπελ 1956).

Για την κατασκευή τρανζίστορ χρησιμοποιούνται γερμάνιο και πυρίτιο, καθώς χαρακτηρίζονται από υψηλή μηχανική αντοχή, χημική αντοχή και μεγαλύτερη κινητικότητα των φορέων ρεύματος σε σχέση με άλλους ημιαγωγούς. Οι τρίοδοι ημιαγωγών χωρίζονται σε σημείοκαι επίπεδη. Τα πρώτα αυξάνουν σημαντικά την τάση, αλλά οι ισχύς εξόδου τους είναι χαμηλές λόγω του κινδύνου υπερθέρμανσης (για παράδειγμα, το ανώτερο όριο της θερμοκρασίας λειτουργίας ενός σημείου τριόδου γερμανίου κυμαίνεται μεταξύ 50 - 80 ° C). Οι επίπεδες τρίοδοι είναι πιο ισχυρές. Μπορεί να είναι του τύπου r-p-rκαι πληκτρολογήστε ρ-ρ-πανάλογα με την εναλλαγή περιοχών με διαφορετική αγωγιμότητα.

Για παράδειγμα, εξετάστε την αρχή λειτουργίας μιας επίπεδης τριόδου r-p-r, δηλαδή με βάση το τρίοδο n-ημιαγωγός (Εικ. 341). Τα λειτουργικά «ηλεκτρόδια» της τριόδου, τα οποία είναι βάση(μεσαίο τμήμα του τρανζίστορ), εκπόμποςκαι συλλέκτης(δίπλα στη βάση και στις δύο πλευρές της περιοχής με διαφορετικό τύπο αγωγιμότητας), περιλαμβάνονται στο κύκλωμα χρησιμοποιώντας μη ανορθωτικές επαφές - μεταλλικούς αγωγούς. Μια τάση πόλωσης DC προς τα εμπρός εφαρμόζεται μεταξύ του πομπού και της βάσης και μια τάση αντίστροφης πόλωσης συνεχούς ρεύματος εφαρμόζεται μεταξύ της βάσης και του συλλέκτη. Η ενισχυμένη εναλλασσόμενη τάση εφαρμόζεται στην αντίσταση εισόδου και η ενισχυμένη αφαιρείται από την αντίσταση εξόδου

Η ροή του ρεύματος στο κύκλωμα εκπομπού οφείλεται κυρίως στην κίνηση των οπών (είναι οι κύριοι φορείς ρεύματος) και συνοδεύεται από την "έγχυση" τους - ένεση- στην περιοχή βάσης. Οι οπές που έχουν εισχωρήσει στη βάση διαχέονται προς τον συλλέκτη και σε μικρό πάχος βάσης σημαντικό μέρος των οπών που έχουν εγχυθεί φτάνει στον συλλέκτη. Εδώ, οι οπές συλλαμβάνονται από το πεδίο που ενεργεί μέσα στη διασταύρωση (έλκεται από τον αρνητικά φορτισμένο συλλέκτη) και αλλάζει το ρεύμα του συλλέκτη. Επομένως, οποιαδήποτε αλλαγή στο ρεύμα στο κύκλωμα εκπομπού προκαλεί αλλαγή στο ρεύμα στο κύκλωμα συλλέκτη.

Εφαρμόζοντας μια εναλλασσόμενη τάση μεταξύ του πομπού και της βάσης, λαμβάνουμε ένα εναλλασσόμενο ρεύμα στο κύκλωμα του συλλέκτη και μια εναλλασσόμενη τάση στην αντίσταση εξόδου. Το ποσό του κέρδους εξαρτάται από τις ιδιότητες pn-μεταβάσεις, αντιστάσεις φορτίου και τάση μπαταρίας Β κ. Συνήθως >>, επομένως, υπερβαίνει σημαντικά την τάση εισόδου (το κέρδος μπορεί να φτάσει τις 10.000). Από την εξουσία εναλλασσόμενο ρεύμα, που απελευθερώνεται μέσα, μπορεί να καταναλωθεί περισσότερο από το κύκλωμα εκπομπού, τότε το τρανζίστορ δίνει επίσης ενίσχυση ισχύος. Αυτή η ενισχυμένη ισχύς προέρχεται από μια πηγή ρεύματος που περιλαμβάνεται στο κύκλωμα συλλέκτη.

Από τα παραπάνω προκύπτει ότι το τρανζίστορ, όπως ένας σωλήνας κενού, δίνει ενίσχυση τόσο της τάσης όσο και της ισχύος. Εάν στη λάμπα το ρεύμα ανόδου ελέγχεται από την τάση στο δίκτυο, τότε στο τρανζίστορ το ρεύμα συλλέκτη που αντιστοιχεί στο ρεύμα ανόδου της λάμπας ελέγχεται από την τάση στη βάση.

Η αρχή λειτουργίας του τρανζίστορ ρ-ρ-π-ο τύπος είναι παρόμοιος με αυτόν που συζητήθηκε παραπάνω, αλλά ο ρόλος των οπών παίζεται από τα ηλεκτρόνια. Υπάρχουν άλλοι τύποι τρανζίστορ, καθώς και άλλα κυκλώματα για την ενεργοποίησή τους. Λόγω των πλεονεκτημάτων του σε σχέση με τους σωλήνες κενού (μικρές συνολικές διαστάσεις, υψηλή απόδοση και διάρκεια ζωής, χωρίς θερμαινόμενη κάθοδο και επομένως λιγότερη κατανάλωση ενέργειας, καμία ανάγκη για κενό κ.λπ.), το τρανζίστορ έφερε επανάσταση στον τομέα των ηλεκτρονικών επικοινωνιών και εξασφάλισε τη δημιουργία υπολογιστών υψηλής ταχύτητας με μεγάλη ποσότητα μνήμης.

ερωτήσεις δοκιμής

• Ποια είναι η ουσία της αδιαβατικής προσέγγισης και της αυτοσυνεπούς προσέγγισης πεδίου;
• Ποια είναι η διαφορά μεταξύ των ενεργειακών καταστάσεων των ηλεκτρονίων σε ένα απομονωμένο άτομο και έναν κρύσταλλο; Ποιες είναι οι απαγορευμένες και επιτρεπόμενες ενεργειακές ζώνες;
• Πώς διαφέρουν οι ημιαγωγοί και τα διηλεκτρικά στη θεωρία ζωνών; μέταλλα και διηλεκτρικά;
• Όταν, σύμφωνα με τη θεωρία της ζώνης στερεόςείναι αγωγός του ηλεκτρισμού;
• Πώς εξηγείται η αύξηση της αγωγιμότητας των ημιαγωγών με την αύξηση της θερμοκρασίας;
• Τι καθορίζει την αγωγιμότητα των εγγενών ημιαγωγών;
• Γιατί το επίπεδο Fermi σε έναν εγγενή ημιαγωγό βρίσκεται στη μέση του διάκενου ζώνης; Αποδείξτε αυτή τη θέση.
• Ποιος είναι ο μηχανισμός αγωγής ηλεκτρονικών ακαθαρσιών στους ημιαγωγούς; αγωγιμότητα ακαθαρσιών οπών;
• Γιατί η εγγενής αγωγιμότητα κυριαρχεί στους ντοπαρισμένους ημιαγωγούς σε αρκετά υψηλές θερμοκρασίες;
• Ποιος είναι ο μηχανισμός της εγγενούς φωτοαγωγιμότητας; φωτοαγωγιμότητα ακαθαρσιών; Ποιο είναι το κόκκινο όριο φωτοαγωγιμότητας;
• Σύμφωνα με τη θεωρία της ζώνης, ποιοι είναι οι μηχανισμοί για την εμφάνιση του φθορισμού και του φωσφορισμού;
• Ποιες είναι οι αιτίες της διαφοράς δυναμικού επαφής;
• Ποια είναι η ουσία των θερμοηλεκτρικών φαινομένων; Πώς εξηγείται η εμφάνισή τους;
• Όταν ένα στρώμα επαφής μπλοκαρίσματος εμφανίζεται όταν ένα μέταλλο έρχεται σε επαφή με έναν ημιαγωγό n-τύπος? με ημιαγωγό R-τύπος? Εξηγήστε τον μηχανισμό σχηματισμού του.
• Πώς εξηγείται η μονόδρομη αγωγιμότητα r-p-μετάβαση?
• Ποιο είναι το χαρακτηριστικό ρεύματος-τάσης pn-μετάβαση? Εξηγήστε την προέλευση του μπροστινού και του αντίστροφου ρεύματος.
• Ποια κατεύθυνση σε μια δίοδο ημιαγωγών είναι η παροχή ρεύματος;
• Γιατί μια δίοδος ημιαγωγών μεταφέρει ρεύμα (αν και μικρό) ακόμη και με τάση αποκλεισμού;

Καθήκοντα

31.1. Το δείγμα γερμανίου θερμαίνεται από 0 έως 17°C. Υποθέτοντας ότι το διάκενο ζώνης του πυριτίου είναι 0,72 eV, καθορίστε πόσες φορές θα αυξηθεί η ειδική αγωγιμότητά του. [2,45 φορές]

31.2. Ένα μικρό μείγμα βορίου εισάγεται σε καθαρό πυρίτιο. Εκμεταλλεύομαι Περιοδικό σύστημα D. I. Mendeleev, να προσδιορίσει και να εξηγήσει τον τύπο αγωγιμότητας του πυριτίου ακαθαρσίας.

31.3. Προσδιορίστε το μήκος κύματος στο οποίο η φωτοαγωγιμότητα εξακολουθεί να διεγείρεται σε έναν ημιαγωγό προσμίξεων.

1. Ημιαγωγοί: θεωρία και ιδιότητες

2. Βασικές συσκευές ημιαγωγών (Δομή και εφαρμογή)

3. Τύποι συσκευών ημιαγωγών

4. Παραγωγή

5. Πεδίο εφαρμογής

1. Ημιαγωγοί: θεωρία και ιδιότητες

Πρώτα πρέπει να εξοικειωθείτε με τον μηχανισμό αγωγής στους ημιαγωγούς. Και για αυτό πρέπει να κατανοήσετε τη φύση των δεσμών που συγκρατούν τα άτομα ενός κρυστάλλου ημιαγωγών το ένα δίπλα στο άλλο. Για παράδειγμα, σκεφτείτε έναν κρύσταλλο πυριτίου.

Το πυρίτιο είναι ένα τετρασθενές στοιχείο. Αυτό σημαίνει ότι στο εξωτερικό

το κέλυφος ενός ατόμου έχει τέσσερα ηλεκτρόνια, σχετικά ασθενώς συνδεδεμένα

με πυρήνα. Ο αριθμός των πλησιέστερων γειτόνων κάθε ατόμου πυριτίου είναι επίσης ίσος με

τέσσερα. Η αλληλεπίδραση ενός ζεύγους γειτονικών ατόμων πραγματοποιείται χρησιμοποιώντας

παονοηλεκτρονικός δεσμός, που ονομάζεται ομοιοπολικός δεσμός. Στην εκπαίδευση

αυτός ο δεσμός από κάθε άτομο περιλαμβάνει ένα ηλεκτρόνιο σθένους, το οποίο

που αποσπώνται από τα άτομα (συλλογικοποιούνται από τον κρύσταλλο) και

την κίνησή του πλέονχρόνος που αφιερώνεται στο διάστημα μεταξύ

γειτονικά άτομα. Το αρνητικό τους φορτίο ισχύει θετικά ιόνταπυρίτιο το ένα δίπλα στο άλλο. Κάθε άτομο σχηματίζει τέσσερις δεσμούς με τους γείτονές του,

και οποιοδήποτε ηλεκτρόνιο σθένους μπορεί να κινηθεί κατά μήκος ενός από αυτά. Έχοντας φτάσει στο γειτονικό άτομο, μπορεί να προχωρήσει στο επόμενο, και στη συνέχεια περαιτέρω κατά μήκος ολόκληρου του κρυστάλλου.

Τα ηλεκτρόνια σθένους ανήκουν σε ολόκληρο τον κρύσταλλο. Οι δεσμοί ζεύγους ηλεκτρονίων πυριτίου είναι αρκετά ισχυροί και σε χαμηλές θερμοκρασίεςμην σπάσεις. Επομένως, το πυρίτιο δεν μεταφέρει ηλεκτρισμό σε χαμηλές θερμοκρασίες. Τα ηλεκτρόνια σθένους που συμμετέχουν στη σύνδεση των ατόμων είναι σταθερά συνδεδεμένα με το κρυσταλλικό πλέγμα και το εξωτερικό ηλεκτρικό πεδίο δεν έχει αξιοσημείωτη επίδραση στην κίνησή τους.

ηλεκτρονική αγωγιμότητα.

Όταν το πυρίτιο θερμαίνεται, η κινητική ενέργεια των σωματιδίων αυξάνεται και

οι δεσμοί έχουν σπάσει. Μερικά ηλεκτρόνια αφήνουν τις τροχιές τους και γίνονται ελεύθερα, όπως τα ηλεκτρόνια σε ένα μέταλλο. Σε ένα ηλεκτρικό πεδίο, κινούνται μεταξύ δικτυακών τοποθεσιών, σχηματίζοντας ηλεκτρικό ρεύμα.

Η αγωγιμότητα των ημιαγωγών λόγω της παρουσίας ελεύθερων μετάλλων στα μέταλλα

ηλεκτρόνια των ηλεκτρονίων, ονομάζεται ηλεκτρονική αγωγιμότητα. Καθώς η θερμοκρασία αυξάνεται, ο αριθμός των σπασμένων δεσμών, και επομένως ο αριθμός των ελεύθερων ηλεκτρονίων, αυξάνεται. Όταν θερμαίνεται από 300 σε 700 K, ο αριθμός των δωρεάν φορέων φόρτισης αυξάνεται από 10–17 σε 10–24 1/m V3. Αυτό οδηγεί σε μείωση της αντίστασης.

αγωγιμότητα οπών.

Όταν ο δεσμός σπάσει, δημιουργείται ένα κενό με το ηλεκτρόνιο που λείπει.

Λέγεται τρύπα. Η τρύπα έχει υπερβολικό θετικό φορτίο σε σύγκριση με τους υπόλοιπους κανονικούς δεσμούς. Η θέση της οπής στον κρύσταλλο δεν είναι σταθερή. Η παρακάτω διαδικασία συνεχίζεται συνεχώς. Ενας

από τα ηλεκτρόνια που παρέχουν τη σύνδεση των ατόμων, πηδά στη θέση του

ανέπτυξε οπές και αποκαθιστά τον δεσμό ζεύγους ηλεκτρονίων εδώ.

και από εκεί που πήδηξε το ηλεκτρόνιο, σχηματίζεται μια νέα τρύπα. Έτσι

Έτσι, η τρύπα μπορεί να κινηθεί σε όλο τον κρύσταλλο.

Εάν η ένταση του ηλεκτρικού πεδίου στο δείγμα είναι μηδέν, τότε η μετατόπιση των οπών, η οποία είναι ισοδύναμη με τη μετατόπιση θετικά φορτία, εμφανίζεται τυχαία και επομένως δεν δημιουργεί ηλεκτρικό ρεύμα. Παρουσία ηλεκτρικού πεδίου, εμφανίζεται μια διατεταγμένη κίνηση οπών και, έτσι, ένα ηλεκτρικό ρεύμα που σχετίζεται με την κίνηση των οπών προστίθεται στο ηλεκτρικό ρεύμα των ελεύθερων ηλεκτρονίων. Η κατεύθυνση κίνησης των οπών είναι αντίθετη από την κατεύθυνση κίνησης των ηλεκτρονίων.

Έτσι, στους ημιαγωγούς υπάρχουν δύο τύποι φορέων φορτίου: ηλεκτρόνια και οπές. Επομένως, οι ημιαγωγοί δεν έχουν μόνο ηλεκτρονική, αλλά και αγωγιμότητα οπών. Η αγωγιμότητα κάτω από αυτές τις συνθήκες ονομάζεται εγγενής αγωγιμότητα των ημιαγωγών. Η εγγενής αγωγιμότητα των ημιαγωγών είναι συνήθως χαμηλή, αφού ο αριθμός των ελεύθερων ηλεκτρονίων είναι μικρός, για παράδειγμα, στο γερμάνιο σε θερμοκρασία δωματίου ne = 3 επί 10 στα 23 cm στο -3. Ταυτόχρονα, ο αριθμός των ατόμων γερμανίου σε 1 κυβικό cm είναι περίπου 10–23. Έτσι, ο αριθμός των ελεύθερων ηλεκτρονίων είναι περίπου το ένα δέκατο δισεκατομμυριοστό του συνολικού αριθμού των ατόμων.

Βασικό χαρακτηριστικό των ημιαγωγών είναι ότι

παρουσία ακαθαρσιών, μαζί με εγγενή αγωγιμότητα,

πρόσθετη - αγωγιμότητα ακαθαρσιών. Με την αλλαγή της συγκέντρωσης

ακαθαρσίες, μπορείτε επιπλέον να αλλάξετε σημαντικά τον αριθμό των φορέων φόρτισης

ή κάποιο άλλο σημάδι. Αυτό καθιστά δυνατή τη δημιουργία ημιαγωγών με

κυρίαρχη συγκέντρωση είτε αρνητικά είτε θετικά

ισχυρά φορτισμένους φορείς. Αυτό το χαρακτηριστικό των ημιαγωγών είναι ανοιχτό

προσφέρει πολλές ευκαιρίες για πρακτική εφαρμογή.

ακαθαρσίες δότη.

Αποδεικνύεται ότι παρουσία ακαθαρσιών, όπως άτομα αρσενικού, ακόμη και σε πολύ χαμηλές συγκεντρώσεις, ο αριθμός των ελεύθερων ηλεκτρονίων αυξάνεται σε

πολλές φορές. Αυτό συμβαίνει για τον εξής λόγο. Τα άτομα αρσενικού έχουν πέντε ηλεκτρόνια σθένους, τέσσερα από τα οποία εμπλέκονται στη δημιουργία ενός ομοιοπολικού δεσμού ενός δεδομένου ατόμου με τα γύρω άτομα, για παράδειγμα, με άτομα πυριτίου. Το πέμπτο ηλεκτρόνιο σθένους είναι ασθενώς συνδεδεμένο με το άτομο. Φεύγει εύκολα από το άτομο αρσενικού και απελευθερώνεται. Η συγκέντρωση των ελεύθερων ηλεκτρονίων αυξάνεται σημαντικά και γίνεται χίλιες φορές μεγαλύτερη από τη συγκέντρωση των ελεύθερων ηλεκτρονίων σε έναν καθαρό ημιαγωγό. Οι ακαθαρσίες που δίνουν εύκολα ηλεκτρόνια ονομάζονται ακαθαρσίες δότη και τέτοιοι ημιαγωγοί είναι ημιαγωγοί τύπου n. Σε έναν ημιαγωγό τύπου n, τα ηλεκτρόνια είναι οι περισσότεροι φορείς φορτίου και οι οπές είναι οι δευτερεύοντες.

ακαθαρσίες δέκτη.

Εάν το ίνδιο, του οποίου τα άτομα είναι τρισθενή, χρησιμοποιείται ως ακαθαρσία, τότε αλλάζει η φύση της αγωγιμότητας του ημιαγωγού. Τώρα, για το σχηματισμό κανονικών δεσμών ζεύγους ηλεκτρονίων με γείτονες, το άτομο του ινδίου δεν

παίρνει ένα ηλεκτρόνιο. Ως αποτέλεσμα, σχηματίζεται μια τρύπα. Ο αριθμός των οπών στον κρύσταλλο

thalle ισούται με τον αριθμό των ατόμων ακαθαρσίας. Αυτού του είδους οι ακαθαρσίες

ονομάζονται αποδέκτες. Παρουσία ηλεκτρικού πεδίου

οι οπές κινούνται κατά μήκος του πεδίου και εμφανίζεται η αγωγιμότητα της οπής. Με-

ημιαγωγοί με υπεροχή αγωγιμότητας οπών έναντι ηλεκτρονίων

Ο Νώε ονομάζεται ημιαγωγοί τύπου p (από τη λέξη θετικός - θετικός).

2.Βασικές συσκευές ημιαγωγών (Δομή και εφαρμογή)

Υπάρχουν δύο κύριες συσκευές ημιαγωγών: δίοδος και τρανζίστορ.

Επί του παρόντος, οι δίοδοι ημιαγωγών χρησιμοποιούνται ολοένα και περισσότερο για την ανόρθωση ηλεκτρικού ρεύματος σε ραδιοκυκλώματα, μαζί με λαμπτήρες δύο ηλεκτροδίων, καθώς έχουν μια σειρά από πλεονεκτήματα. Σε ένα σωλήνα κενού παράγονται φορείς φορτίου, ηλεκτρόνια, με θέρμανση της καθόδου. ΣΤΟ διασταύρωση p-nΟι φορείς φορτίου σχηματίζονται όταν ένας δέκτης ή ακαθαρσία δότη εισάγεται στον κρύσταλλο.Έτσι, δεν υπάρχει ανάγκη για μια πηγή ενέργειας για τη λήψη φορέων φορτίου. Σε πολύπλοκα κυκλώματα, η εξοικονόμηση ενέργειας που προκύπτει από αυτό αποδεικνύεται πολύ σημαντική. Επιπλέον, οι ανορθωτές ημιαγωγών με τις ίδιες τιμές του ανορθωμένου ρεύματος είναι πιο μικροσκοπικοί από τους λαμπτήρες.

Η μονόπλευρη αγωγιμότητα των επαφών δύο ημιαγωγών (ή μετάλλου με έναν ημιαγωγό) χρησιμοποιείται για την ανόρθωση και τη μετατροπή εναλλασσόμενων ρευμάτων. Εάν υπάρχει μία μετάπτωση ηλεκτρονίου-οπής, τότε η δράση της είναι παρόμοια με τη δράση δύο

ένας λαμπτήρας ηλεκτροδίου - μια δίοδος Επομένως, μια συσκευή ημιαγωγών που περιέχει μία διασταύρωση p-n ονομάζεται ημιαγωγική (κρυσταλλική) δίοδος. Ημιαγωγός διόδους κατά σχέδιο χωρίζονται σε σημείο και επίπεδη. Εάν ένας βραχυπρόθεσμος παλμός ρεύματος διέλθει μέσω της διόδου προς τα εμπρός, τότε σχηματίζεται ένα στρώμα με αγωγιμότητα p. Στο όριο αυτού του στρώματος σχηματίζεται μια διασταύρωση pn, η οποία έχει υψηλό συντελεστή ανόρθωσης. Λόγω της χαμηλής χωρητικότητας του στρώματος επαφής, οι σημειακές δίοδοι χρησιμοποιούνται ως ανιχνευτές (ανορθωτές) ταλαντώσεων υψηλής συχνότητας μέχρι το εύρος μήκους κύματος εκατοστών.

Οι διασταυρώσεις p-n όχι μόνο έχουν εξαιρετικές ιδιότητες ανόρθωσης, αλλά μπορούν επίσης να χρησιμοποιηθούν για ενίσχυση και εάν εισαχθεί ανάδραση στο κύκλωμα, τότε για τη δημιουργία ηλεκτρικών ταλαντώσεων. Συσκευές σχεδιασμένες για αυτό το σκοπό

πήρε το όνομα τρίοδες ημιαγωγών ή τρανζίστορ. Για την κατασκευή τρανζίστορ χρησιμοποιούνται γερμάνιο και πυρίτιο, καθώς χαρακτηρίζονται από υψηλή μηχανική αντοχή, χημική αντοχή και μεγαλύτερη από ό,τι σε άλλα

ημιαγωγοί, κινητικότητα φορέων ρεύματος. Οι τρίοδοι ημιαγωγών χωρίζονται σε σημείο και επίπεδη. Τα πρώτα αυξάνουν σημαντικά την τάση, αλλά οι ισχύς εξόδου τους είναι χαμηλές λόγω του κινδύνου υπερθέρμανσης (για παράδειγμα, το ανώτερο όριο λειτουργίας

η θερμοκρασία μιας σημειακής τριόδου γερμανίου κυμαίνεται από 50 - 80 ° C. Οι επίπεδες τριόδους είναι πιο ισχυρές. Μπορεί να είναι του τύπου r-p-rκαι πληκτρολογήστε ρ-ρ-πανάλογα με την εναλλαγή περιοχών με διαφορετική αγωγιμότητα. Τρανζίστορπεριλαμβάνει βάσεις (μεσαίο τμήμα του τρανζίστορ), εκπόμπος και συλλέκτης (περιοχές δίπλα στη βάση και στις δύο πλευρές με διαφορετικό τύπο αγωγιμότητας

γέφυρες). Μια τάση πόλωσης DC προς τα εμπρός εφαρμόζεται μεταξύ του πομπού και της βάσης και μια τάση αντίστροφης πόλωσης συνεχούς ρεύματος εφαρμόζεται μεταξύ της βάσης και του συλλέκτη. Οι τροφοδοσίες ενισχυμένης εναλλασσόμενης τάσης-

στην σύνθετη αντίσταση εισόδου , και το ενισχυμένο αφαιρείται από την αντίσταση εξόδου. Ροή ρεύματος στο κύκλωμα εκπομπού

οφείλεται κυρίως στην κίνηση των οπών (είναι οι κύριοι φορείς ρεύματος) και συνοδεύεται από την έγχυσή τους - ένεση - στην περιοχή βάσης. Οι τρύπες που διεισδύουν στη βάση διαχέονται προς τον συλλέκτη και σε μικρό πάχος

όχι η βάση, ένα σημαντικό μέρος των εγχυόμενων οπών φτάνει στον συλλέκτη. Εδώ, οι τρύπες συλλαμβάνονται από το πεδίο που ενεργεί μέσα στη διασταύρωση (έλκεται από έναν αρνητικά φορτισμένο συλλέκτη), με αποτέλεσμα να αλλάζει το ρεύμα του συλλέκτη. Επομένως, όλα-

Μια αλλαγή στο ρεύμα στο κύκλωμα εκπομπού προκαλεί αλλαγή στο ρεύμα στο κύκλωμα συλλέκτη. Τρανζίστορ, σαν σωλήνας κενού,

δίνει και τάση και κέρδος ισχύος.

25.(Δύναμη Lorentz. Έργο της δύναμης Lorentz. Εφέ Hall)

Δύναμη που ενεργεί σε ηλεκτρικό φορτίο Q,κινείται σε μαγνητικό πεδίο με ταχύτητα V , που ονομάζεται Δύναμη Lorentz και εκφράζεται με τον τύπο, όπου ΣΤΟ- επαγωγή μαγνητικό πεδίοόπου κινείται το φορτίο.

Συντελεστής δύναμης Lorentz , όπου α είναι η γωνία μεταξύ vκαι ΣΤΟ.Η δύναμη Lorentz είναι πάντα κάθετη στην ταχύτητα του φορτισμένου σωματιδίου, επομένως αλλάζει μόνο την κατεύθυνση αυτής της ταχύτητας χωρίς να αλλάξει το μέτρο του. Συνεπώς, Δύναμη Lorentz

δεν κάνει δουλειά. Με άλλα λόγια, ένα σταθερό μαγνητικό πεδίο δεν λειτουργεί σε ένα φορτισμένο σωματίδιο που κινείται σε αυτό και η κινητική ενέργεια αυτού του σωματιδίου δεν αλλάζει όταν κινείται σε ένα μαγνητικό πεδίο. Αν σε κινούμενο ηλεκτρικό

φορτίζουν εκτός από το μαγνητικό πεδίο με επαγωγή ΣΤΟυπάρχει και ηλεκτρικό πεδίο με ένταση ΜΙ,τότε η δύναμη που προκύπτει ΦΑ,που εφαρμόζεται στο φορτίο ισούται με το διανυσματικό άθροισμα των δυνάμεων - τη δύναμη που ενεργεί από το ηλεκτρικό πεδίο και τη δύναμη Lorentz: Η κατεύθυνση της δύναμης Lorentz και η κατεύθυνση της εκτροπής ενός φορτισμένου σωματιδίου που προκαλείται από αυτό σε ένα μαγνητικό πεδίο εξαρτώνται από το πρόσημο του φορτίου Qσωματίδια.

εφέ αίθουσας (1879) είναι ένα φαινόμενο σε μέταλλο (ή ημιαγωγό) με πυκνότητα ρεύματος j,τοποθετείται σε μαγνητικό πεδίο ΣΤΟ,ηλεκτρικό πεδίο σε διεύθυνση κάθετη προς ΣΤΟ προς τηνι. Ας τοποθετήσουμε μια μεταλλική πλάκα με πυκνότητα ρεύματος ισε μαγνητική

πεδίο ΣΤΟ,κάθετη j .Για δεδομένη διεύθυνση ιη ταχύτητα των φορέων ρεύματος στο μέταλλο - ηλεκτρόνια - κατευθύνεται από τα δεξιά προς τα αριστερά. Τα ηλεκτρόνια βιώνουν τη δράση της δύναμης Lorentz, η οποία στην περίπτωση αυτή κατευθύνεται προς τα πάνω. Έτσι, θα εμφανιστεί αυξημένη συγκέντρωση ηλεκτρονίων στο πάνω άκρο της πλάκας (θα φορτιστεί αρνητικά) και στο κάτω μέρος θα υπάρχει έλλειψη (θα φορτιστεί θετικά). Ως αποτέλεσμα, θα εμφανιστεί ένα πρόσθετο εγκάρσιο ηλεκτρικό πεδίο μεταξύ των άκρων της πλάκας Ευ,κατευθύνεται από κάτω προς τα πάνω. Όταν η ένταση Ο Ευαυτό το εγκάρσιο πεδίο φθάνει σε τέτοια τιμή που η επίδρασή του στα φορτία θα εξισορροπήσει τη δύναμη Lorentz, τότε θα δημιουργηθεί μια σταθερή κατανομή φορτίων στην εγκάρσια διεύθυνση.

Τότε πού ένα- πλάτος πλάκας ∆ph - εγκάρσια (Hall) διαφορά δυναμικού.

Λαμβάνοντας υπόψη ότι το ρεύμα I = jS =nevS (S- περιοχή διατομής του πάχους της πλάκας d,nείναι η συγκέντρωση ηλεκτρονίων, v - τη μέση ταχύτητα της διατεταγμένης κίνησης των ηλεκτρονίων, j-πυκνότητα ρεύματος = env), παίρνουμε δηλ. η εγκάρσια διαφορά δυναμικού Hall είναι ανάλογη με τη μαγνητική επαγωγή ΣΤΟ,ένταση ρεύματος / και αντιστρόφως ανάλογη με το πάχος της πλάκας ρε.

- σταθερή αίθουσα, εξαρτώμενη από την ουσία. Μεη μετρούμενη τιμή της σταθεράς Hall μπορεί να είναι: 1) να προσδιορίσει το τέλος

κεντράρισμα των φορέων ρεύματος στον αγωγό (με γνωστή φύση αγωγιμότητας και φορτίο των φορέων). 2) να κρίνουμε τη φύση της αγωγιμότητας των ημιαγωγών, αφού το πρόσημο της σταθεράς Hall συμπίπτει με το πρόσημο του φορτίου e των φορέων ρεύματος. Επομένως, το αποτέλεσμα

Το Hall είναι η πιο αποτελεσματική μέθοδος για τη μελέτη του ενεργειακού φάσματος των φορέων ρεύματος σε μέταλλα και ημιαγωγούς.