elektra1

6. ELEMENTY I URZĄDZENIA ELEKTRONICZNE

6.1.    Wiadomości teoretyczne

6.1.1.    Elementy półprzewodnikowe

Najprostszym elementem półprzewodnikowym jest dioda. Jest ona zbudowana z półprzewodnika typu p i półprzewodnika typu n, złączonych ze sobą. W miejscu styku obszarów o różnych rodzajach przewodnictwa elektrycznego powstaje tzw. złącze p-n. Jego właściwości elektryczne decydują o właściwościach elementu półprzewodnikowego. Złącza p-n są wykorzystywane w tranzystorach, fototranzystorach, tyrystorach, fotodiodach i innych przyrządach półprzewodnikowych.

W obszarze typu n złącza występuje większa koncentracja elektronów swobodnych (w porównaniu z koncentracją dziur); mówi się, że elektrony są nośnikami większościowymi, a dziury nośnikami mniejszościowymi. Natomiast w obszarze typu p złącza występuje większa koncentracja dziur (w porównaniu z koncentracją elektronów swobodnych); mówi się, że dziury są nośnikami większościowymi, a elektrony nośnikami mniejszościowymi. W tych warunkach następuje proces dyfuzji polegający na przenikaniu elektronów w obszar typu p i dziur w obszar typu n (rys. 6.1). Dwukierunkowa dyfuzja ładunków o przeciwnych znakach powoduje powstanie w strefie przejścia ładunku przestrzennego tworzącego podwójną warstwę elektryczną (tzw. warstwę zaporową). Podwójna warstwa elektryczna jest źródłem pola elektrycznego (tzw. bariery potencjału) wytwarzanego w strefie przejścia nośników. Zwrot tego pola jest taki, że przeciwdziała dalszej dyfuzji, wywołując odpowiednie przeciwnie skierowane prądy elektronów i dziur (tzw. prądy unoszenia nośników mniejszościowych). Gdy napięcie przyłożone do złącza z zewnątrz jest równe zeru, suma prądu dyfuzji i prądu unoszenia jest także równa zeru. Gdy od strony obszaru typu p zostanie przyłożony większy potencjał, wówczas następuje zmniejszenie bariery potencjału, co powoduje przepływ przez warstwę zaporową nośników większościowych z obydwu obszarów złącza. O tak spolaryzowanym złączu mówi się, że jest spolaryzowane w kierunku przewodzenia, a prąd płynący przez złącze rośnie wykładniczo ze wzrostem napięcia polaryzacji. Złącze spolaryzowane przeciwnie (w kierunku zaporowym) umożliwia przejście przez warstwę zaporową tylko nośnikom mniejszościowym; wartość płynącego prądu jest niewielka. Przy zwiększeniu napięcia polaryzacji w kierunku zaporowym wartość prądu szybko przestaje rosnąć. Po przekroczeniu pewnej wartości