Діоди і транзистори
Информация - Компьютеры, программирование
Другие материалы по предмету Компьютеры, программирование
РЕФЕРАТ
ДІОДИ ТА ТРАНЗИСТОРИ
Зміст
1. Будова, принцип роботи, характеристика та застосування діодів
2. Будова, принцип роботи, характеристика та застосування транзисторів
3. Використані джерела
1. Будова, принцип роботи, характеристика та застосування діодів
Щоб зясувати природу електричного струму в напівпровіднику, необхідно пригадати будову речовини. Насамперед згадаємо, що являє собою атом хімічного елемента. Згідно сучасних наукових уявлень, атом будь якої речовини складається з позитивно зарядженого ядра, навколо якого, на певних орбітах, обертаються негативно заряджені електрони. Модель такого атома зображено на рис. 1.
Рис. 1. Модель атома речовини
З рисунка видно, що електрони обертаються кожен на певній орбіті, причому ці орбіти можуть проходити у вигляді декількох шарів. Тепер згадаємо, яким чином атоми в речовині зєднуються та утворюють молекулу.
Найпростішу модель молекули зображено на рис. 2. У цій молекулі сполучені два однакові атоми, причому навколо ядра кожного атома обертаються свої електрони, а два електрони обертаються навколо обох ядер водночас. Вони є начебто спільними для обох атомів і обєднують їх в молекулу.
Рис. 2. Модель молекули речовини
Розглянемо тепер будову молекули кристалічної речовини. На рис. 3 показано фрагмент кристалічної решітки одного з найпоширеніших напівпровідників - германію. На зовнішній орбіті кожного атома цього напівпровідника обертаються по чотири електрони, котрі можуть звязуватися з іншими атомами. Ці звязки показано на рис. 3 еліпсами (на кожному з них знаходиться по два електрони).
Рис 3. Кристалічна решітка германію
Чи може протікати електричний струм в такій речовині? Виявляється, все залежить від того, як стійко тримаються електрони на орбіті. Якщо орбіти електронів у речовині дуже стійкі і електрони не полишають їх за жодних умов (при підвищенні температури, прикладенні до куска матеріалу різниці потенціалів), то ця речовина є типовим ізолятором. Характерною ж властивістю напівпровідників є те, що електрони, в цих матеріалах, можуть залишати свої орбіти внаслідок дії світла, тепла, електричного поля тощо. Схематично, уявимо собі кристал напівпровідника так, як це зображено на рис. 4. Припустимо, що один з електронів покинув свою орбіту і полетів у міжатомний простір матеріалу. Якби до напівпровідника прикласти різницю потенціалів, то електрон полетів би у напрямку позитивного електрода (природа походження такого електричного струму притаманна звичайному провіднику).
Рис. 4. Схематичне зображення кристалу напівпровідника
Сконцентруймо тепер свою увагу на тому місці, звідки вилетів електрон. До цих пір позитивні заряди ядер атомів були скомпенсовані негативними зарядами електронів. Але тепер одного електрона немає. Виник некомпенсований позитивний заряд ядра атома, утворилась начебто дірка на місці того електрона, що вилетів, і ця дірка заряджена позитивно. А це означає, що пусте місце може зайняти один із сусідніх електронів, як це показано на рис. 5. Утвориться дірка в іншому місці, її, в свою чергу, заповнить інший, сусідній електрон і т.д.
Рис. 5. Рух електронів у напівпровіднику
Таким чином позитивно заряджена дірка починає рухатись в напівпровіднику, незважаючи на те, що усі ядра атомів кристалічної решітки надійно перебувають на своїх місцях. Якщо тепер до напівпровідника прикласти напругу (рис.5), то електрони, що заповнюють дірку, рухатимуться справа наліво. Дірка почне рухатися зліва направо, тобто до негативного полюса джерела живлення.
Отже, електричний струм у напівпровіднику зумовлений не лише спрямованим рухом електронів, але й спрямованим рухом дірок. У цьому й полягає основна відмінність напівпровідника від провідника.
Що ж відбудеться, коли дірку заповнить не сусідній, а інший блукаючий електрон? В такому випадку дірка заповниться, а електрон перестане існувати у вигляді вільного носія заряду. Пройде так звана рекомбінація електрона і дірки.
Описане явище провідності в напівпровідниках має місце лише в чистих матеріалах. Що ж зміниться, коли в чистий напівпровідник потрапить атом, який має на орбіті не чотири електрони, а пять? Ясна річ, чотири електрони одразу ж займуть місце на спільних з сусідніми атомами орбітах. А пятий електрон виявиться зайвим, і він вирушить в міжатомний простір речовини, оскільки його ніщо на тримає біля свого атома. Незважаючи на те, що атом домішки буде, у цьому випадку, позитивно зарядженим, однак дірки тут немає (рис.6).
Рис. 6. Схема утворення електронної провідності в кристалі напівпровідника
Таким чином, коли в чистий кристал кремнію чи германію ввести домішку, атом якої має на зовнішній орбіті пять електронів, то такий напівпровідниковий матеріал буде здатний проводити струм лише за рахунок електронів. Напівпровідник з електронною провідністю називають п- провідником від латинського negative, тобто негативний. Домішкою для утворення в напівпровіднику n- області може бути, мишяк, сурма, фосфор тощо. Ці домішки називають донорами, оскільки вони, віддають один електрон із зовніш