Лекція 2
Напівпровідники. Діоди, біполярні і уніполярні (МОП) транзистори. Світло. Світлочутливі і світловипромінюючі пристрої. Оптопари
План:
1. Електропровідність напівпровідників. Освіта електронно-доречний провідності і її властивості. p> 2. Напівпровідникові діоди, умовне позначення, класифікація та основні параметри. p> 3. Біполярні і МОП транзистори. p> 4. Світловипромінюючі прилади та оптопари.
Ключові слова:
Електропровідність, діелектрик, напівпровідник, провідник, електронно-діркова провідність, діод, біполярний транзистор, польовий транзистор, МОП-транзистор, фотоелемент, фотодіод, світловипромінювальних діод, оптопара.
1. Електропровідімость напівпровідників. Освіта електронно-доречний провідності і її властивості
Як відомо, на світі існує два види речовин - провідники та ізолятори. Опір провідників близько до нуля, а ізоляторів - до нескінченності. Але різкій грані між цими двома видами речовин немає, тому існують також речовини, які вже не провідники, але ще й не ізолятори (або навпаки), і їх опір знаходиться десь посередині між опорами провідників і ізоляторів.
Це "Напівпровідниковий" стан речовини вкрай нестійке, і під впливом зовнішніх факторів (незначні концентрації домішок - один атом домішки на мільярд атомів напівпровідника; прикладена до напівпровідника електрична напруга; вплив світла, температури) напівпровідник легко переходить в провідник, в ізолятор і назад в напівпровідник. Завдяки тому, що на опір напівпровідника впливає, в тому числі і електрична напруга, стало можливим посилювати і перетворювати електричні сигнали.
Напівпровідниковий матеріал після отримання повинен бути модифікований, щоб він придбав якості, необхідні для напівпровідникових пристроїв.
На рис. 2.1 показана спрощена схема атома кремнію, на якій зображено тільки чотири електрона на валентній оболонці.
Валентність - це показник здатності атома приєднувати чи віддавати електрони, вона визначає електричні та хімічні властивості атома. p> Матеріали, яким необхідні електрони для заповнення їх валентної оболонки, є нестабільними і відносяться до активних матеріалами. Для придбання стабільності, активні матеріали повинні додати електрони в свої валентні оболонки. Атоми кремнію здатні об'єднати свої валентні електрони з іншими атомами кремнію за допомогою процесу, який називається ковалентним зв'язком (рис. 2.2). Ковалентний зв'язок - це процес спільного використання валентних електронів різними атомами, що приводить до утворення кристала. Кожен атом у такий кристалічній структурі має чотири своїх власних електрона і чотири спільно використовуваних електрона від чотирьох інших атомів, а всього - вісім валентних електронів. Ковалентний зв'язок зважаючи на свою стабільність не може підтримувати електричну активність.
В
Рис. 2.1. Спрощена схема атома кремнію, на якій показані
тільки валентні електрони
напівпровідник електропровідність оптопара светоизлучающий
В
Рис. 2.2. Кристалічна структура кремнію з ковалентними зв'язками
При кімнатній температурі кристали чистого кремнію є поганими провідниками. Вони поводяться, як ізолятори. Однак якщо кристалу повідомити теплову енергію, то деякі електрони отримають цю енергію і перемістяться на більш високу орбіту, порушуючи ковалентний зв'язок. Це дозволяє кристалу проводити струм. p> В· діапазон енергій, в якому лежить енергія електрона, утримуваного ковалентним зв'язком, називається зоною валентності, або валентної зоною.
В· діапазон енергій, в якому лежить енергія електрона, що розірвав ковалентний зв'язок і став вільним, називається зоною провідності.
В· графічне зображення цих енергетичних зон називається зонної енергетичної діаграмою.
В
Рис. 2.3. br/>
Для того, щоб електрон зміг розірвати ковалентний зв'язок і стати вільним, він повинен отримати енергію, велику ширини забороненої зони.
У природі четерехвалентнимі напівпровідниками є вуглець, германій і кремній.
Ge - германій
Si - кремній
br/>
Домішкова провідність провідників
Чисті напівпровідники (кремній, германій) в електроніці використовуються дуже рідко. У більшості приладів використовуються домішкові напівпровідники, т. е. в які додано невелику і дуже точно розраховану кількість певної домішки. Сам процес додавання домішки називається легування, а домішкові напівпровідники - легованими. Залежно від роду домішки виходять напівпровідники з протилежними властивостями; їх ще називають напівпровідниками n - типу та р- типу.
Якщо в на...
