Полупроводники основные понятия типы электропроводимости конспект
Обновлено: 20.05.2024
- Для учеников 1-11 классов и дошкольников
- Бесплатные сертификаты учителям и участникам
ТЕМА 12. ПОЛУПРОВОДНИКИ
→ вещества, удельное сопротивление которых убывает с повышением температуры, наличия примесей, изменения освещенности;
- отличие полупроводников от металлов и диэлектриков
→ по значению своего удельного сопротивления полупроводники занимают промежуточное положение между металлами и диэлектриками.
Характерной особенностью является уменьшение удельного сопротивления полупроводников при увеличении температуры;
→ наибольшее применение получили германий Ge и кремний Si .
Различают полупроводники: 1. Собственные (химически чистые), т.е. беспримесные; 2. примесные – донорные и акцепторные;
- собственная проводимость полупроводников (проводимость электронно-дырочная)
→ германий – 4-х валентный элемент, обладающий атомной пространственной решеткой с ковалентным типом связи между атомами. Каждый атом германия посредством своих четырех валентных электронов образует с каждым из четырех соседних атомов германия парно электронные связи.
При температурах, близких к абсолютному нулю, связи между всеми атомами в кристалле заполнены – при таких температурах собственные п/п являются диэлектриками, т.е. не проводят электрический ток.
При нагревании или облучении кинетическая энергия валентных электронов повышается, и некоторые парно электронные связи разрушаются, в п/п появляются свободные электроны и образуются вакантные места – дырки (что равносильно появлению в п/п (+) зарядов, равных заряду электрона).
У собственных п/п число появившихся электронов и дырок одинаково, и они движутся хаотически в отсутствии внешнего электрического поля.
Под действием внешнего электрического поля электроны движутся упорядоченно против направления внешнего поля, а дырки – по направлению поля.
При повышении температуры увеличивается число разорванных связей, что приводит к увеличению удельной электропроводности (т.е. к уменьшению сопротивления) п/п;
- примесная проводимость полупроводников
→ примесные п/п получают в результате внедрения в собственный п/п атомов примеси с валентностью большей или меньшей, чем у атомов собственного п/п.
Внедрим 5-валентный мышьяк As в 4-х валентный кристалл германия Ge .
Один валентный электрон мышьяка остается свободным, т.е. в донорном п/п появляются свободные электроны, которые начинают упорядоченно двигаться под действием внешнего электрического поля, образуя электрический ток.
- Электропроводность донорных п/п – электронная.
- Донорные полупроводники – полупроводники n -типа.
- Основные носители тока – электроны;
→ внедрим 3-х валентный индий In в кристалл германия Ge .
У каждого атома индия не хватает одного электрона для образования парно электронной связи с 4-х валентных германием. Незаполненная связь является вакантным местом – дыркой (т.е. равноценна появлению в кристалле положительного заряда).
Под действием внешнего электрического поля дырки движутся упорядоченно по направлению поля, образую электрический ток.
- Электропроводность акцепторных п/п – дырочная.
- Акцепторные полупроводники – полупроводники р-типа.
- Основные носители тока – дырки.
Свойства р- n перехода
→ Электронно-дырочный переход ( p - n -переход) – область монокристаллического проводника, в котором происходит смена проводимости с электронной ( n ) на дырочную (р) (или наоборот).
Через границу раздела областей кристалла с разным типом проводимости происходит диффузия электронов.
Электроны из n -полупроводника будут диффундировать в дырочной р-полупроводник. В результате из объема n -полупроводника уйдут электроны, и вблизи границы в нем образуется избыточный положительный заряд.
Диффузия дырок из р-полупроводника (по аналогичным причинам) приведет к возникновению вблизи границы в р-полупроводнике избыточного отрицательного заряда.
В результате на границе р- n -перехода образуется запирающий слой толщины l , который препятствует дальнейшему переходу электронов и дырок (рис.1).
Запирающий слой имеет повышенное сопротивление по сравнению с остальными объемами полупроводников, на величину которого влияет внешнее электрическое поле.
→ подключим n -полупроводник к (-) полюсу источника, а р-полупроводник к (+) полюсу.
При таком прямом (пропускном) направлении толщина и сопротивление запирающего слоя уменьшаются, и через границу двух полупроводников проходит электрический ток.
→ подключим n -полупроводник к (+) полюсу источника, а р-полупроводник к (-) полюсу.
Электроны в n -полупроводнике и дырки в р-полупроводнике будут двигаться в противоположные стороны (рис.3).
Это приводит к утолщению запирающего слоя и увеличению его сопротивления. Через границу двух полупроводников электрический ток не проходит.
→ электрический прибор, изготовленный на основе кристалла полупроводника с одним р- n -переходом, обладающим односторонней электрической проводимостью.
Диод имеет два электрода:
- анод А соединен с областью р-проводимости;
- катод К – с областью n -проводимости.
Диод применяют для выпрямления переменного тока.
→ полупроводниковое устройство, используемое для усиления и генерации электрических колебаний; выполнен из монокристалла германия или кремния, в котором за счет внедрения примесей создан электронно-дырочный переход;
→ транзистор представляет собой p-n-p или n-p-n-структуру, или соединение противоположно включенных диодов.
Транзисторы p-n-p или n-p-n-типа равноценны по своим параметрам, но транзисторы p-n-p-типа применяются чаще, потому, что они проще в изготовлении.
Дырки в p-n-p-транзисторе, создающие эмиттерный ток, из области эмиттера попадают в очень узкую (10-50 мкм) n -область базы, откуда большая их часть (95-99%) проходит в р-область к коллектору, образуя коллекторный ток I k .
Остальные дырки образуют ток базы I б , текущий через базу Б.
Для суммы всех токов справедливо равенство: I э + I б + I к =0
Ток направленный к транзистору, считается положительным, от транзистора - отрицательным; направление тока определяется направлением движения положительных зарядов.
Полупроводники – большой класс веществ, удельное сопротивление которых изменяется в широких пределах от 10 -5 до 10 10 Ом∙м.
Полупроводники обладают промежуточными свойствами между металлами и диэлектриками. Характерным для полупроводников является не величина удельного сопротивления, а то, что она под воздействием внешних условий изменяется в широких пределах.
К полупроводникам относятся:
а) элементы III, IV, V и VI групп периодической системы элементов, например Si, Ge, As, Se, Te;
б) сплавы некоторых металлов;
в) оксиды (окислы металлов);
г) сульфиды (сернистые соединения);
д) селениды (соединения с селеном).
Сопротивление полупроводников зависит от:
в) наличия примесей.
ρ
полупроводники
0 t, 0 C
Терморезисторы – специальные полупроводниковые приборы, в которых используется зависимость электрического сопротивления полупроводников от температуры.
Электрическое сопротивление полупроводников уменьшается и при освещении их светом.
Фоторезисторы – приборы, в которых используется свойство полупроводников изменять своё электрическое сопротивление при освещении светом.
1. Собственная проводимость полупроводников.
Собственная проводимость – электрическая проводимость химически чистого полупроводника.
В типичном полупроводнике (кристалле кремния Si) атомы объединены ковалентной (атомной) связью. При комнатной температуре средняя энергия теплового движения атомов в кристалле полупроводника составляет 0,04 эВ. Это значительно меньше энергии, необходимой для отрыва валентного электрона, например, от атома кремния (1,1 эВ). Однако вследствие неравномерности распределения энергии теплового движения или при внешних воздействиях некоторые атомы кремния ионизируются. Образуются свободные электроны и вакантные места в ковалентной связи – так называемые дырки. Под воздействием внешнего электрического поля возникает упорядоченное движение свободных электронов и упорядоченное движение в противоположном направлении такого же количества дырок.
Электронная проводимость или проводимость n-типа (от лат. negative – отрицательный) – проводимость полупроводников, обусловленная электронами.
Дырочная проводимость или проводимость p-типа (от лат. positive – положительный) – проводимость полупроводников, обусловленная дырками.
Таким образом, собственная проводимость полупроводника обусловлена одновременно двумя типами проводимости – электронной и дырочной.
2. Примесная проводимость полупроводников.
Примесная проводимость – электрическая проводимость полупроводников, обусловленная наличием примесей (примеси – атомы посторонних элементов).
Наличие в полупроводнике примеси существенно изменяет его проводимость. Например, при введении в кремний примерно 0,001 ат.% бора его проводимость увеличивается примерно в 10 6 раз.
В основном, атомы примеси имеют валентность, отличающуюся на единицу от валентности основных атомов.
Донорные примеси – примеси с большей валентностью, сообщающие полупроводнику электронную проводимость.
Полупроводник (кремний) + донор (мышьяк) = полупроводник n-типа.
Акцепторные примеси – примеси с меньшей валентностью, сообщающие полупроводнику дырочную проводимость.
Полупроводник (кремний) + акцептор (индий) = полупроводник р-типа.
3. Полупроводниковые диоды и триоды. Их применение.
Принцип действия большинства полупроводниковых приборов основан на использовании свойств p-n-перехода.
Электронно-дырочный переход (или p-n–переход) – граница соприкосновения двух полупроводников с различными типами проводимости.
Через границу раздела происходит диффузия электронов и дырок, которые встречаясь рекомбинируют.
На границе раздела в электронном полупроводнике остаются положительные ионы донорной примеси, а в дырочном образуются отрицательные ионы акцепторов. Образуется так называемый запирающий слой (двойной электрический слой), напряжённость которого Езап направлена от электронного полупроводника к дырочному. Через этот двойной слой могут прорваться из n-полупроводника в p-полупроводник только такие электроны, которые обладают для этого достаточно большими энергиями. Внешнее электрическое поле, приложенное к двум разнородным полупроводникам, в зависимости от своего направления может и ослаблять поле запирающего слоя.
Запирающий слой обладает односторонней проводимостью: запирающий слой пропускает ток в направлении, противоположном полю запирающего слоя, и не пропускает ток в направлении, совпадающем с полем запирающего слоя.
Полупроводниковый диод – прибор с одним p-n-переходом.
Вольт-амперная характеристика – зависимость силы тока I от напряжения U , приложенного к диоду.
Полупроводниковый триод (или транзистор) – прибор с двумя p-n-переходами.
Транзисторы (как и ламповые триоды) служат для усиления слабых электрических сигналов.
Контрольные вопросы
1. Какие вещества называются полупроводниками?
2. Чем отличаются полупроводники от проводников и диэлектриков?
3. От чего зависит электропроводность полупроводников?
4. Какие свойства полупроводников используются в термо- и фоторезисторах?
5. Каков механизм собственной проводимости полупроводников?
6. Как образуются свободные электроны и дырки?
7. Каков механизм примесной проводимости полупроводников?
8. Какие примеси называются донорными, а какие – акцепторными?
9. Как объяснить одностороннюю проводимость p-n-перехода?
10. Какова вольт-амперная характеристика p-n-перехода? Объясните возникновение прямого и обратного тока.
11. Какое направление в полупроводниковом диоде является пропускным для тока?
Начнем с полупроводниковых приборов. Но чтобы понять, как работает диод, тиристор или транзистор, надо представлять, что такое полупроводник. Поэтому мы, сначала изучим структуру и свойства полупроводников на молекулярном уровне, а затем уже будем разбираться с работой и устройством полупроводниковых радиокомпонентов.
Общие понятия.
Почему именно полупроводниковый диод, транзистор или тиристор? Потому, что основу этих радиокомпонентов составляют полупроводники – вещества, способные, как проводить электрический ток, так и препятствовать его прохождению.
Это большая группа веществ, применяемых в радиотехнике (германий, кремний, селен, окись меди), но для изготовления полупроводниковых приборов используют в основном только Кремний (Si) и Германий (Ge).
По своим электрическим свойствам полупроводники занимают среднее место между проводниками и непроводниками электрического тока.
Свойства полупроводников.
Электропроводность проводников сильно зависит от окружающей температуры.
При очень низкой температуре, близкой к абсолютному нулю (-273°С), полупроводники не проводят электрический ток, а с повышением температуры, их сопротивляемость току уменьшается.
Если на полупроводник навести свет, то его электропроводность начинает увеличиваться. Используя это свойство полупроводников, были созданы фотоэлектрические приборы. Также полупроводники способны преобразовывать энергию света в электрический ток, например, солнечные батареи. А при введении в полупроводники примесей определенных веществ, их электропроводность резко увеличивается.
Строение атомов полупроводников.
Германий и кремний являются основными материалами многих полупроводниковых приборов и имеют во внешних слоях своих оболочек по четыре валентных электрона.
Атом германия состоит из 32 электронов, а атом кремния из 14. Но только 28 электронов атома германия и 10 электронов атома кремния, находящиеся во внутренних слоях своих оболочек, прочно удерживаются ядрами и никогда не отрываются от них. Лишь только четыре валентных электрона атомов этих проводников могут стать свободными, да и то не всегда. А если атом полупроводника потеряет хотя бы один электрон, то он становится положительным ионом.
В полупроводнике атомы расположены в строгом порядке: каждый атом окружен четырьмя такими же атомами. Причем они расположены так близко друг к другу, что их валентные электроны образуют единые орбиты, проходящие вокруг соседних атомов, тем самым связывая атомы в единое целое вещество.
Представим взаимосвязь атомов в кристалле полупроводника в виде плоской схемы.
На схеме красные шарики с плюсом, условно, обозначают ядра атомов (положительные ионы), а синие шарики – это валентные электроны.
Здесь видно, что вокруг каждого атома расположены четыре точно таких же атома, а каждый из этих четырех имеет связь еще с четырьмя другими атомами и т.д. Любой из атомов связан с каждым соседним двумя валентными электронами, причем один электрон свой, а другой заимствован у соседнего атома. Такая связь называется двухэлектронной или ковалентной.
Электропроводность полупроводника.
Рассмотрим упрощенный рисунок кристалла полупроводника, где атомы обозначаются красным шариком с плюсом, а межатомные связи показаны двумя линиями, символизирующими валентные электроны.
А теперь давайте рассмотрим рисунок, где схематично показано явление возникновения тока в полупроводнике.
Например: освободившийся электрон, находящийся ближе всего к положительному полюсу источника напряжения притягивается этим полюсом. Разрывая межатомную связь и уходя из нее, электрон оставляет после себя дырку. Другой освободившийся электрон, который находится на некотором удалении от положительного полюса, также притягивается полюсом и движется в его сторону, но встретив на своем пути дырку, притягивается в нее ядром атома, восстанавливая межатомную связь.
Образовавшуюся новую дырку после второго электрона, заполняет третий освободившийся электрон, находящийся рядом с этой дыркой (рисунок №1). В свою очередь дырки, находящиеся ближе всего к отрицательному полюсу, заполняются другими освободившимися электронами (рисунок №2). Таким образом, в полупроводнике возникает электрический ток.
Пока в полупроводнике действует электрическое поле, этот процесс непрерывен: нарушаются межатомные связи — возникают свободные электроны — образуются дырки. Дырки заполняются освободившимися электронами – восстанавливаются межатомные связи, при этом нарушаются другие межатомные связи, из которых уходят электроны и заполняют следующие дырки (рисунок №2-4).
Из этого делаем вывод: электроны движутся от отрицательного полюса источника напряжения к положительному, а дырки перемещаются от положительного полюса к отрицательному.
Электронно-дырочная проводимость.
Но если в полупроводник добавить в виде примеси некоторое количество атомов других элементов, то электропроводность его повысится в разы, и в зависимости от структуры атомов примесных элементов электропроводность полупроводника будет электронной или дырочной.
Электронная проводимость.
Дырочная проводимость.
Возьмем все тот же кристалл, но теперь заменим его атом атомом, в котором только три свободных электрона. Своими тремя электронами он свяжется только с тремя соседними атомами, а для связи с четвертым атомом у него не будет хватать одного электрона. В итоге образуется дырка. Естественно, она заполнится любым другим свободным электроном, находящимся поблизости, но, в любом случае, в кристалле такого полупроводника не будет хватать электронов для заполнения дырок. И чем больше будет таких атомов в кристалле, тем больше будет дырок.
Чтобы в таком полупроводнике могли высвобождаться и передвигаться свободные электроны, обязательно должны разрушаться валентные связи между атомами. Но электронов все равно не будет хватать, так как число дырок всегда будет больше числа электронов в любой момент времени.
Теперь, когда Вы имеете некоторое представление о явлениях, происходящих в полупроводниках, Вам не составит труда понять принцип действия полупроводниковых радиокомпонентов.
На этом давайте остановимся, а в следующей части рассмотрим устройство, принцип работы диода, разберем его вольт-амперную характеристику и схемы включения.
Удачи!
Полупроводник - вещество, занимающее промежуточное положение в электропроводности между проводниками и диэлектриками.
Собственная проводимость - проводимость чистых полупроводников
Примесная проводимость - проводимость, вызванная введением примесей.
Полупроводниковый диод представляет собой устройство, содержащее p-n-соединение и способное передавать ток только в одном направлении.
Транзистор представляет собой устройство, содержащее два p-n переходов, прямые направления которых противоположны.
Основная и дополнительная литература по теме урока:
1. Мякишев Г. Я., Буховцев Б. Б., Соцкий Н. Н. Физика. 10 класс. Учебник для образовательных организаций М.: Просвещение, 2017. С. 362-371.
2. Рымкевич А.П. Сборник задач физики. 10-11 класс М.: Дрофа, 2009.
3. Зегря Г.Г. Перел В.И. Основы физики полупроводников. М.: Физматлит, 2009.
Открытые электронные ресурсы по теме урока:
Теоретический материал для самостоятельного изучения
Примеси, которые легко отдают электроны, называются донорными. Если мы их добавим, мы получим полупроводник n-типа с электронной проводимостью.
Примеси, которые легко принимают электроны, называются акцепторными. Если мы их добавим, мы получим полупроводник р-типа с дырочной проводимостью.
Когда два полупроводника с разными типами проводимости входят в контакт, образуется так называемый p-n-переход. Он имеет одностороннюю проводимость. При контакте полупроводников p- и n-типа в результате диффузии электронов в полупроводник р-типа и дырок в полупроводник n-типа образуется контактное электрическое поле. Для основных носителей заряда создан барьерный слой.
При включении в цепь p-n-перехода, когда область с электронной проводимостью связана с отрицательным полюсом источника тока, а область с дырочной проводимостью с положительным полюсом, внешнее электрическое поле ослабляет контактное поле и обеспечивает ток значительной силы, называемый прямым и обусловленным движением основных носителей заряда.
Когда переход включён обратном направлении, внешнее поле усиливает контактное поле, а пограничный слой обеднен основными носителями заряда. Очень малый ток течёт из-за движения через р-п-переход неосновных носителей заряда, которых очень мало.
Полупроводниковый диод представляет собой устройство, содержащее p-n-переход и способное пропускать ток в одном направлении и не передавать его в противоположном направлении.
Транзистор или триод полупроводника - это устройство, содержащее два p-n-перехода, прямые направления которых противоположны.
Современная электроника основана на микросхемах и микропроцессорах, которые включают в себя огромное количество транзисторов. Транзисторы стали широко распространены в современных технологиях. Они заменили электронные лампы в электрических цепях научной, промышленной и бытовой техники
Примеры и разбор решения заданий
1) концентрация свободных носителей заряда уменьшается;
2) концентрация свободных носителей заряда увеличивается;
3) скорость электронов увеличивается.
Правильный вариант: 2) концентрация свободных носителей заряда увеличивается.
Подсказка: обратите внимание, что при нагревании полупроводников в них образуется больше свободных носителей заряда.
2. Решите задачу: Концентрация электронов проводимости в германии при комнатной температуре n = 3·10 19 м -3 . Плотность германия ρ = 5400 кг/м 3 , молярная масса германия μ = 0,073 кг/моль. Каково отношение числа электронов проводимости к общему числу атомов?
На этом уроке мы подробно изучим строение полупроводников, чтобы понять, чем обусловлен ток, протекающий внутри них, при высоких температурах и почему полупроводники ведут себя как диэлектрики при низких температурах.
В данный момент вы не можете посмотреть или раздать видеоурок ученикам
Чтобы получить доступ к этому и другим видеоурокам комплекта, вам нужно добавить его в личный кабинет, приобретя в каталоге.
Получите невероятные возможности
Конспект урока "Электрический ток в полупроводниках"
Совсем недавно мы говорили об электронной проводимости металлов и выяснили, что их сопротивление линейно растет с увеличением температуры.
Так вот, пожалуй, главное отличие полупроводников от проводников — это совсем иная зависимость сопротивления от температуры. Если в металлических проводниках, сопротивление линейно растет с увеличением температуры, то в полупроводниках, сопротивление с увеличением температуры резко падает.
Как видно из графика, при очень низких температурах, удельное сопротивление полупроводников настолько велико, что они ведут себя как диэлектрики. И, наоборот, при очень высоких температурах, сопротивление полупроводников очень резко уменьшается. К полупроводникам относятся такие вещества, как германий, кремний, селен, мышьяк, фосфор, сера и некоторые другие вещества. Для того, чтобы понять, от чего зависит проводимость полупроводников, нам нужно рассмотреть их строение. Мы рассмотрим наиболее распространенный элемент среди полупроводников — кремний. Обратившись к таблице Менделеева, можно убедиться, что кремний находится в четвертой группе. То есть, атом кремния обладает четырьмя валентными электронами. Если мы рассмотрим кристаллическую решетку кремния, то убедимся, что взаимодействие атомов осуществляется посредством ковалентной связи.
На нашем рисунке электроны обозначены черточками, поскольку именно они образуют связи между атомами. При такой структуре, каждый валентный электрон атома кремния участвует в связях между атомами, которые очень прочны при низких температурах. Это говорит нам о том, что при низких температурах в кристаллах кремния нет свободных электронов, которые могли бы обеспечить электронную проводимость. Следовательно, ток проходить через кремний не будет. Но, как вы знаете, высокие температуры способны разрушить химические связи. Именно это и происходит при нагревании полупроводников. Электроны покидают свои места и становятся свободными, точно так же, как электроны в металле.
Это обеспечивает электронную проводимость в полупроводниках при высоких температурах. Но, надо сказать, что проводимость в полупроводниках обусловлена не только электронной проводимостью. Дело в том, что на месте, которое покинул электрон, образуется избыточный положительный заряд. Такое место называется дыркой.
Поскольку дырка обладает избыточным положительным зарядом, электроны, обеспечивающие связь с соседними атомами, могут покинуть свое место и занять место дырки. Таким образом, получается, что положение дырок не является постоянным, и можно с уверенностью сказать, что они двигаются. Это явление называется дырочной проводимостью. Итак, полупроводники обладают электронно-дырочной проводимостью, то есть ток проводят два типа зарядов. В чистых полупроводниках электронно-дырочную проводимость называют собственной проводимостью полупроводника.
Существует также понятие примесной проводимости. То есть, при наличии различных примесей в полупроводниках возникает дополнительная проводимость. Если мы будем изменять концентрацию примесей, то это может существенно изменить число носителей заряда. Примесная проводимость разделяется на два вида: донорная и акцепторная. Донорные примеси легко отдают электроны, тем самым увеличивая электронную проводимость. Акцепторные примеси — наоборот образуют дырки, тем самым увеличивая дырочную проводимость.
Примером донорной примеси является мышьяк. Атомы мышьяка имеют пять валентных электронов, а для образования ковалентных связей с атомами кремния нужно только четыре электрона. В результате, оставшийся электрон очень слабо связан с атомом мышьяка и легко покидает его, то есть становится свободным.
Полупроводники с донорными примесями называются проводниками n-типа. В таких полупроводниках электроны являются основными носителями заряда.
В качестве примера акцепторной примеси, рассмотрим примесь индия.
Атомы индия имеют три валентных электрона, а для образования ковалентных связей с атомами кремния нужно четыре электрона. В результате, атому индия не хватает одного электрона, и на месте этого электрона образуется дырка. В этом случае, дырочная проводимость преобладает над электронной, то есть дырки становятся основными носителями заряда. Полупроводники с акцепторными примесями называются полупроводниками р-типа.
А теперь давайте рассмотрим, что будет при контакте полупроводников обоих типов.
При образовании контакта этих полупроводников, между полупроводниками разных типов образуется так называемая зона перехода. Такой контакт полупроводников называется р-п или п-р переходом. При таком контакте электроны и дырки начинают диффундировать, то есть часть электронов переходят в полупроводник р-типа, а дырки — наоборот переходят в полупроводник п-типа. Таким образом, полупроводник п-типа заряжается положительно, а полупроводник р-типа — отрицательно.
Однако, диффузия со временем прекращается. Дело в том, что в зоне перехода возникает электрическое поле, которое становится достаточно сильным, чтобы помешать перемещению дырок и электронов.
Ну а теперь, давайте рассмотрим, как это все можно использовать. Подключим полупроводник с р-п переходом к источнику тока таким образом, что бы положительный полюс источника тока соединяется с полупроводником р-типа, а отрицательный полюс источника тока — с полупроводником п-типа.
Как вы понимаете, в этом случае ток будет обусловлен движением основных носителей. То есть из области п в область р будут перемещаться электроны, а из области р в область п — дырки. Этот переход называется прямым переходом. Надо сказать, что проводимость при прямом переходе довольно велика, а вот, сопротивление — наоборот, мало.
Если же теперь мы подключим батарею наоборот (то есть сменим полярность), то будет наблюдаться другая картина. Теперь электроны, наоборот идут из области р в область п, а дырки — из области п в область р. Вы, наверное, догадались, что в этом случае, ток будет значительно меньше. Действительно, ведь теперь ток обусловлен значительно меньшим количеством носителей заряда. Этот вид перехода называется обратным переходом.
Мы можем изобразить графически вольт-амперные характеристики прямого и обратного перехода.
На графике синей кривой обозначена вольт-амперная характеристика прямого перехода. Конечно, нужно понимать, что на графике изображена вольт-амперная характеристика одного и того же полупроводника, и мы условно разделили ее на две кривые только для наглядности. Как вы видите, сила тока очень быстро растет с увеличением напряжения из-за маленького сопротивления. Если же мы рассмотрим красную кривую, которой обозначена вольт-амперная характеристика обратного перехода, то убедимся, что такой переход обладает незначительной проводимостью. Действительно, сопротивление при этом достаточно велико, и даже при высоком напряжении ток остается слабым. На графике сила тока и напряжение при обратном переходе обозначены за отрицательные, поскольку мы сменили полярность батареи, и, тем самым, изменили направление тока на противоположное.
Итак, используя р-п переход, можно выпрямлять переменный ток. Устройство для подобных целей называется полупроводниковым диодом. Полупроводниковый диод проводит ток только в одном направлении, при этом, не давая протекать току в обратном направлении. Это и есть процесс выпрямления тока, то есть преобразование переменного тока в постоянный.
Читайте также: