482 2

,4 MkAffJOtiCt ELEKTRyCZNE MATERIAŁÓW

RYS U 17 Schematyczne przedstawienie zalcimrfci prze wodno ici elektrycznej wiatę, _Wc.

przewodnika lypu/> od icmpcraiury W /^kresie nałycema wszyatkie poziomy akceptom-* zajęte prze/ elektrony

Czysrc /.wiązki chemiczne są półprzewodnikami samoistnymi, natonn;_lv przez domieszkowanie można je uczynić półprzewodnikami domieszkowymi

Generowanie par elektron-dziura ma miejsce również w półprzewodnikach domieszkowych. Jednak w nich głównymi nośnikami ładunków są elektron-, _w przypadku domieszki donorowej lub dziury elektronowe w przypadku domieszki akceptorowej. W przypadku półprzewodników domieszkowych decydujące o rodzaju przewodnictwa nośniki ładunku elektrycznego nazywa się nośnikami większościowymi. W półprzewodnikach typu n takimi nośnikami są elektrony, a w _P6i-przewodnikach typu p dziury elektronowe.

14.6. Urządzenia półprzewodnikowe

Ze względu na specyficzne własności elektryczne półprzewodniki są stosowane w urządzeniach spełniających szczególne funkcje elektryczne. Zaletami urządzeń półprzewodnikowych są ich małe wymiary, małe zużycie mocy i to, że nie jest wymagany czas do ich „nagrzania się”. Bardzo duża liczba miniaturowych obwodów zawierających wiele urządzeń elektrycznych może być umieszczona na malej płytce krzemowej. Wynalezienie urządzeń półprzewodnikowych, umożliwiających miniaturyzację obwodów, zapoczątkowało w ostatnich latach bardzo szybki rozwój nowych przemysłów. Miniaturyzacja obwodów elektrycznych jest rezultatem twórczego łączenia materiałów półprzewodnikowych typu n i typu p. Kariera półprzewodników była możliwa dzięki opanowaniu technologii wytwarzania bar-

„rzez ich wielokrotne przetapianie strefowe oraz wy-i^ !r/^^y'^tyCh "'“TsTc/onym materiale sąsiadujących ze sobą bardzo małych Obszarów otMoy™ »VP^ic P^wodmetwa. »j. obszarów o przewodnictwie p i n.

W jednym kawałku półprzewodnika są wytwarzane, ostro rozgraniczone między >ob.i obszary, w których dominującymi nośnikami prądu są elektrony i w których ^minującymi nośnikami prądu są dziury elektronowe, czyli występują złącza p-n.

14 6.1. Złącze prostujące p-n

prostownik jest urządzeniem elektrycznym umożliwiającym przepływ prądu tylko * jednym kierunku. Złączeni prostującym (prostownikiem) nazywamy układ dwóch stykających się z sobą materiałów o różnym typie przewodnictwa elektrycznego, mający nieliniową, asymetryczną charakterystykę prądowo-napięciową i wynikającą , tego zdolność prostowania prądu elektrycznego. W większości urządzeń półprzewodnikowych wykorzystuje się własności granicy między półprzewodnikami ,ypu p i n. Takie połączenie jest nazywane złączem p-n (rys. 14.1g) W półprzewodniku typu n nośnikami ładunku są głównie elektrony, natomiast w półprzewodniku typu p nośnikami ładunku są głównie dziury.

Przed nastaniem półprzewodnikowych złączy prostujących p-n ta operacja była wykonywana przez lampę próżniową (diodę). Złącze prostujące p-n wykonuje się / jednego kawałka monokrystaliczncgo półprzewodnika, który jest domieszkowany w ten sposób, aby w jednej części był on typu n, a w drugiej p (rys. M.18a). Materiały półprzewodnikowe muszą być monokryształami, gdyż na granicach ziam zachodzą zjawiska szkodliwe dla działania urządzeń półprzewodnikowych.

Natężenie prądu płynącego przez złącze p-n zależy bardzo mocno od kierunku przyłożonego napięcia. Jeżeli dodatni biegun baterii zostanie połączony z obszarem typu n złącza, a ujemny z jego obszarem typu p, to zarówno elektrony przewodnictwa, jak i dziury są odciągane przez pole elektryczne z obszaru złącza (rys 14.18b). Wokół granicy p-n występuje zatem warstwa materiału zubożona w nośniki prądu i przez złącze płynie jedynie bardzo mały prąd. będący rezultatem przewodnictwa samoistnego. Taki kierunek przepływu prądu jest nazywany kierunkiem zaporowym. Przy przeciwnym podłączeniu prądu do złącza elektrony i dziury przemieszczają się w kierunku granicy p-n. Opór elektryczny złącza przy takim kierunku przepływu prądu jest mały. a płynący przez niego prąd duży. Taki kierunek połączenia jest nazywany kierunkiem przewodzenia.

Reakcję nośników ładunków' elektrycznych na polaryzację w kierunku przewodzenia pokazano na rys. 14.18c. Dziury w części p i elektrony w części n są przyciągane do złącza. Elektrony po przejściu przez granicę złącza łączą się z dziurami w części p złącza. Podobnie, jeżeli dziury z części p przejdą przez granicę złącza przemieszczając się do elektrody ujemnej, łączą się z elektronami w części n. Zachodzi zatem ciągła rekombinacja elektronów i dziur w wąskim obszarze wokół granicy złącza. Anihilacja elektronów i dziur przez rekombinację umożliwia

483