ЯВЛЕНИЯ НА ГРАНИЦЕ ДВУХ ПОЛУПРОВОДНИКОВ

Рассмотрим явления, происходящие в месте контакта двух полупроводников и -типа (рис. III. 45, а). Очевидно, вследствие теплового движения через место контакта происходит диффузия свободных электронов и дырок в обоих направлениях

Рис. III.45

Так как концентрация свободных электронов в полупроводнике -типа больше, чем в полупроводнике -типа, то при этой диффузии число электронов, переходящих в единицу времени из будет больше, чем переходящих в обратном направлении. Однако электроны, перешедшие

в -полупроводник, не увеличивают концентрацию свободных электронов в этом теле (как это происходило при контакте двух различных металлов); так как в полупроводнике имеется большая концентрация вакантных связей, то электроны, перешедшие из -полупроводника, занимают часть «дырок» и оказываются связанными.

Точно так же переход «дырок» из (т. е. переход связанных электронов из не увеличивает концентрацию «дырок» в -полупроводнике; вследствие рекомбинации со свободными электронами, в избытке имеющимися в -полупроводнике, эти «дырки» немедленно заполняются. В результате этих процессов -полупроводник теряет электроны и поэтому заряжается положительно; -полупроводник заряжается отрицательно.

На границе между этими полупроводниками, в слое небольшой толщины образуется электрическое поле, препятствующее дальнейшей односторонней диффузии электронов в направлении слой, в котором образовался этот «потенциальный барьер» для электронов, называется запирающим. После установления равновесия переход электронов в направлении компенсируется обратным переходом

Если к этим полупроводникам приложить внешнее электрическое поле, то равновесие нарушится. Положительный полюс источника тока можно присоединить либо к либо к -полупроводнику. В первом случае (рис. III. 45, б) внешнее поле препятствует движению основных «носителей тока» (электронов — в и дырок — в и способствует движению побочных носителей тока, концентрация которых в полупроводниках невелика. Можно сказать, что источник тока «отсасывает» электроны из и «посылает» их в вследствие чего уменьшается концентрация основных носителей тока в обоих полупроводниках и их сопротивление сильно возрастает. Это направление тока называется обратным или запирающим.

Во втором случае (рис. III. 45, в) внешнее электрическое поле способствует движению основных «носителей тока» и препятствует движению побочных. Можно сказать; что внешнее поле ослабляет (понижает) потенциальный барьер между полупроводниками и тем самым увеличивает диффузию электронов из и «дырок» — в обратном направлении. Сопротивление полупроводников уменьшается, и сила тока получается большой. Это направление тока называется прямым.

Таким образом, в одном («прямом») направлении тока полупроводниковый диод имеет малое сопротивление, а в обратном («запирающем») направлении — очень большое сопротивление. Это свойство диода используется для выпрямления переменного тока. Зависимость силы тока I через диод от приложенного внешнего напряжения -амперная характеристика) показана на рис. III. 46.

Рассмотрим свойства полупроводникового триода, состоящего из комбинации переходов n-p-n или p-n-p. На рис. III. 47 показана схема включения триода, предназначенная для получения на выходном сопротивлении усиленных колебаний переменного напряжения В переходе электрический ток, вызываемый батареей течет в прямом направлений (напряжение этой батареи должно быть

больше чтобы при перемене знака переход не запирался). В переходе действует обратное (запирающее) напряжение батареи Допустим, что напряжение, подаваемое на переход пру изменилось на величину Тогда сила тока через этот переход изменится на

Рис. III.46

Рис. III.47

Изменение силы тока между полупроводниками будет сопровождаться изменением концентрации носителей трка в полупроводнике вследствие чего изменится сопротивление в переходе. Это вызовет изменение силы тока в цепи на величину а падение напряжения на выходном сопротивлении изменится на Отношение зависит от конструкции триода (например, для триодов с плоскими поверхностями контактов это отношение 1, при точечных контактах Усиление напряжения, которое можно получить в триоде, равно:

где сопротивление в цепи переменного напряжения Величины можно подобрать такими, чтобы получить необходимое усиление. Полупроводник называется базой или основанием триода; полупроводник имеющий с базой открытый переход, называется эмиттером и является поставщиком носителей тока в базу: полупроводник которого переход с базой заперт, называется коллектором. Весь триод, работающий как усилитель, называется транзистором. Потери энергии в транзисторе очень малы по сравнению с электронной лампой (в которой необходима затрата энергии на подогрев катода).

Рис. III.48

Схематическое устройство полупроводниковых диодов и триодов показано на рис. III. 48. В маломощном точечном диоде (а) металлическая (вольфрамовая или др.) пружина заостренным концом прижимается к специально обработанной поверхности маленького германиевого кристаллика с электронной проводимостью; в небольшом объеме кристалла вблизи контакта образуется дырочная проводимость.

В плоскостном диоде (б) на пластинку германия наплавляется индий, атомы которого проникают на небольшую глубину в германий и создают тонкий слой с дырочной проводимостью; остальная часть германиевой пластинки имеет электронную проводимость. Полупроводниковые триоды p-n-p имеют с одной (в) или с двух сторон германиевого кристалла (основания) пружинные контакты или индиевые наплавки.