Практикум с использованием миниатюрной электротехнической лаборатории мэл, компьютерного моделирования

ЧАСТЬ 2. ЭЛЕКТРОНИКА
Глава 10. ИССЛЕДОВАНИЕ ПОЛУПРОВОДНИКОВЫХ ДИОДОВ, СТА- БИЛИТРОНОВ И ТИРИСТОРОВ

1. 
   Теоретическое введение
   

Полупроводниковым диодом называют прибор, который имеет два вывода и со- держит один (или несколько) электронно-дырочных переходов. Электронно-дырочный переход это тонкий слой между двумя частями полупроводникового кристалла, в кото- ром одна часть имеет электронную проводимость (N-область), а другая часть имеет ды- рочную проводимость (P-область). Электронно-дырочный переход называют p-n – переходом. Электронную проводимость имеет, например, четырехвалентный кристалл кремния с примесью пятивалентного фосфора. Такой полупроводник имеет неподвиж- ные положительные ионы, свободные электроны, называется полупроводником n-типа, а соответствующую примесь называют донорной. Дырочную проводимость имеет кри- сталл кремния с примесью трехвалентного индия. Такой кристалл имеет неподвижные отрицательные ионы, недостаток электронов, называется полупроводником p-типа, а соответствующую примесь называют акцепторной. Дырка является фиктивным носи- телем заряда, образуется в кристалле на месте отсутствующего электрона, имеет поло- жительный заряд, равный по величине заряду электрона.
Принцип работы p-n –перехода показан на рис.10.1. В кристалле кремния, име- ющем n – область и p- область, в результате встречного движения противоположных зарядов в области с меньшей их концентрацией на границе областей возникает диф-

фузный ток и собственное электрическое поле E_собств. На границе раздела двух обла- стей происходит скачкообразное изменение знака объемного заряда, возникает кон-

тактная разность потенциалов
ψ_к , напряженность собственного электрического поля

максимальна и создает потенциальный барьер ΔU , препятствующий дальнейшему прохождению диффузного тока.
Рис.10.1. Условное изображение p-n -перехода
Если к внешним контактам p-n -перехода А и К подключить отрицательное
напряжение U _AK  0 , то созданное этим напряжением внешнее электрическое поле в

полупроводнике будет складываться с
Е_{собств.} , p-n -переход останется закрытым и во

внешней цепи будет существовать незначительный по величине обратный ток
^Iобр. ^,

обусловленный током проводимости неосновных носителей и называемый током

насыщения
I_s .

Если к внешним контактам p-n -перехода А и К подключить положительное
напряжение U _AK  0 , то созданное этим напряжением внешнее электрическое поле в

полупроводнике будет компенсировать
Е_{собств.} , вызывать прямое смещение p-n -

перехода, p-n -переход откроется и во внешней цепи появится диффузионный ток I_диф. , вызванный диффузией основных носителей, преодолевающих потенциальный барьер. Величина потенциального барьера составляет для разных материалов от 0,6 В до 1,2 В.
При открытом p-n -переходе прямой ток во внешней цепи кроме диффузионного тока содержит ток проводимости, протекающий в противоположном направлении.

Полный ток при прямом смещении p-n -перехода определяется уравнением Эберса- Молла:

U