P-n o'tish: oddiy tilda batafsil

P-n-birikmasi va uning xossalari

P-n o'tish joyida p- va n-hududlardagi asosiy zaryad tashuvchilarning kontsentratsiyasi teng bo'lishi yoki sezilarli darajada farq qilishi mumkin. Birinchi holda, p-n birikmasi nosimmetrik, ikkinchisida - assimetrik deb ataladi. Asimmetrik o'tishlar ko'proq qo'llaniladi.

P-mintaqadagi akseptor nopokligi konsentratsiyasi n-mintaqadagi donor nopokligi konsentratsiyasidan katta bo'lsin (1.1a-rasm). Shunga ko'ra, p-mintaqasidagi teshiklar (yorug'lik doiralari) kontsentratsiyasi n-mintaqasidagi elektronlar (qora doiralar) kontsentratsiyasidan kattaroq bo'ladi.
P-mintaqasidan teshiklarning va n-mintaqasidan elektronlarning tarqalishi tufayli ular butun hajm bo'ylab bir tekis taqsimlanadi. Agar elektronlar va teshiklar neytral bo'lsa, diffuziya oxir-oqibat kristalning butun hajmida ularning konsentratsiyasini to'liq tenglashtirishga olib keladi. Biroq, bu sodir bo'lmaydi. P-mintaqasidan n-mintaqasiga o'tadigan teshiklar, donor nopokligining atomlariga tegishli elektronlarning bir qismi bilan qayta birlashadi. Natijada, elektronsiz qolgan donor nopoklikning musbat zaryadlangan ionlari musbat zaryadli chegara qatlamini hosil qiladi. Shu bilan birga, bu teshiklarning p mintaqasidan chiqib ketishi qo'shni elektronni tutib olgan qabul qiluvchi nopoklik atomlarining chegaraga yaqin mintaqada kompensatsiyalanmagan manfiy ion zaryadini hosil qilishiga olib keladi. Xuddi shunday, elektronlarning n-mintaqasidan p-mintaqasiga diffuziya harakati mavjud bo'lib, xuddi shunday ta'sirga olib keladi.
Natijada, n-mintaqa va p-mintaqasini ajratib turuvchi chegarada tor, mikron fraktsiyalari, chegaraga yaqin qatlam hosil bo'ladi. l, uning bir tomoni manfiy zaryadlangan (p-mintaqasi), ikkinchi tomoni musbat zaryadlangan (n-mintaqasi).
Chegaraviy zaryadlar hosil qilgan potentsial farq deyiladi kontakt potentsial farqi U(1.1-rasm, a) yoki potentsial to'siq, qaysi tashuvchilarni engishga qodir emas. Chegaraga p-mintaqadan yaqinlashib kelayotgan teshiklar musbat zaryad bilan, n-mintaqadan yaqinlashib kelayotgan elektronlar esa manfiy zaryad bilan itariladi. Kontakt potentsial farqi E kuchga ega bo'lgan elektr maydoniga mos keladi. Shunday qilib, kenglik bilan p-n birikmasi hosil bo'ladi l, bu tashuvchilarning kamaytirilgan tarkibiga ega bo'lgan yarimo'tkazgich qatlami - nisbatan yuqori elektr qarshiligi R ga ega bo'lgan kamaygan qatlam deb ataladi.
Agar unga tashqi kuchlanish U qo'llanilsa, p-n strukturasining xossalari o'zgaradi.tashqi manbaning potentsiali, hududlar orasidagi chegaraga yaqinlashib, manfiy ionlarning bir qismi zaryadini qoplaydi va p-n o'tish joyining kengligini toraytiradi. p-mintaqaning tomoni. Xuddi shunday, n-mintaqaning elektronlari tashqi manbaning manfiy potentsialidan boshlab, musbat ionlarning bir qismini zaryadini qoplaydi va p-n-birikmasining kengligini n-hududdan toraytiradi. Potensial to'siq torayadi, p-mintaqadagi teshiklar va n-mintaqadagi elektronlar u orqali o'ta boshlaydi va p-n o'tish joyidan oqim o'ta boshlaydi.
Tashqi kuchlanishning oshishi bilan oqim cheksiz ravishda oshadi, chunki u asosiy tashuvchilar tomonidan yaratiladi, ularning konsentratsiyasi doimiy ravishda tashqi kuchlanish manbai bilan to'ldiriladi.
Potensial to'siqning pasayishiga olib keladigan tashqi kuchlanishning polaritesi to'g'ridan-to'g'ri, ochilish deb ataladi va u tomonidan yaratilgan oqim to'g'ridan-to'g'ri deyiladi. Bunday kuchlanish qo'llanilganda, p-n birikmasi ochiq va uning qarshiligi R pr<<="" p="">
Agar p-n strukturasiga teskari polariteli kuchlanish U arr qo'llanilsa (1.1-rasm, c), ta'sir aksincha bo'ladi. Elektr maydonining kuchi E arr elektr maydoni E p-n-o'tish yo'nalishi bo'yicha mos keladi. Manbaning elektr maydoni ta'sirida p-mintaqaning teshiklari tashqi kuchlanishning manfiy potentsialiga, n-mintaqaning elektronlari esa ijobiy potentsialga siljiydi. Shunday qilib, asosiy zaryad tashuvchilar tashqi maydon tomonidan chegaradan uzoqlashtirilib, p-n o'tishning kengligini oshiradi, bu esa zaryad tashuvchilardan deyarli ozod bo'lib chiqadi. Bu holda p-n-o'tishning elektr qarshiligi ortadi. Tashqi kuchlanishning bu polaritesi teskari, blokirovkalash deb ataladi. Bunday kuchlanish qo'llanilganda, p-n-o'tish yopiladi va uning qarshiligi R arr >> R.
Shunga qaramay, teskari kuchlanish bilan kichik oqim I arr. Bu oqim, to'g'ridan-to'g'ri oqimdan farqli o'laroq, nopoklik tashuvchilar tomonidan emas, balki harorat ta'sirida "erkin elektron - teshik" juftlarini hosil qilish natijasida hosil bo'lgan o'z o'tkazuvchanligi bilan belgilanadi. Ushbu tashuvchilar rasmda ko'rsatilgan. 1.1, p mintaqadagi bitta elektronga va n mintaqadagi bitta teshikka. Teskari oqimning qiymati amalda tashqi kuchlanishdan mustaqildir. Bu vaqt birligida doimiy haroratda hosil bo'lgan "elektron-teshik" juftlarining soni doimiy bo'lib qolishi bilan izohlanadi va hatto U arr voltning fraktsiyalarida ham barcha tashuvchilar teskari oqim hosil qilishda ishtirok etadilar.
Teskari kuchlanish qo'llanilganda, p-n birikmasi kondansatkichga o'xshatiladi, uning plitalari dielektrik bilan ajratilgan p- va n-mintaqalardir. Dielektrikning rolini deyarli to'lov tashuvchilardan ozod bo'lgan yaqin chegara hududi o'ynaydi. Ushbu p-n o'tish sig'imi deyiladi to'siq. U qanchalik katta bo'lsa, p-n birikmasining kengligi qanchalik kichik bo'lsa va uning maydoni qanchalik katta bo'lsa.
P-n-o'tishning ishlash printsipi uning joriy kuchlanish xarakteristikasi bilan tavsiflanadi. 1.2-rasmda ochiq va yopiq p-n birikmalarining to'liq oqim kuchlanish xarakteristikasi ko'rsatilgan.
Ko'rinib turibdiki, bu xususiyat asosan chiziqli emas. Saytda 1 E pr< Е и прямой ток мал. На участке 2 Е пр >E , hech qanday to'siq qatlami yo'q, oqim faqat yarimo'tkazgichning qarshiligi bilan belgilanadi. 3-bo'limda blokirovka qatlami ko'pchilik tashuvchilarning harakatiga to'sqinlik qiladi, kichik oqim ozchilik zaryad tashuvchilarning harakati bilan belgilanadi. Boshlanishdagi oqim kuchlanishining xarakteristikasidagi burilish p-n birikmasiga qo'llaniladigan kuchlanishning to'g'ridan-to'g'ri va teskari yo'nalishlari uchun oqim va kuchlanishning turli shkalalari bilan bog'liq. Va nihoyat, 4-bo'limda, U arr =U namunalarida, p-n birikmasining buzilishi sodir bo'ladi va teskari oqim tez o'sib boradi. Buning sababi shundaki, elektr maydoni ta'sirida pn o'tish joyidan o'tganda, ozchilik zaryad tashuvchilar yarimo'tkazgich atomlarining zarba ionlanishi uchun etarli energiya oladi. O'tish joyida zaryad tashuvchilarning ko'chkiga o'xshash ko'payishi - elektronlar va teshiklar boshlanadi, bu esa deyarli doimiy teskari kuchlanish bilan p-n birikmasi orqali teskari oqimning keskin oshishiga olib keladi. Ushbu turdagi elektr buzilish deyiladi qor ko'chkisi. Odatda engil qo'shilgan yarimo'tkazgichlarda hosil bo'lgan nisbatan keng p-n o'tish joylarida rivojlanadi.
Og'ir doplangan yarimo'tkazgichlarda to'siq qatlamining kengligi kichikroq bo'lib, bu ko'chki parchalanishining oldini oladi, chunki harakatlanuvchi tashuvchilar zarba ionlanishi uchun etarli energiya olmaydilar. Shu bilan birga, bo'lishi mumkin elektr buzilishi p-n-o'tish, p-n-o'tish joyidagi elektr maydonining kritik kuchlanishiga yetganda, maydon energiyasi tufayli elektron teshik tashuvchilar juftlari paydo bo'ladi va o'tishning teskari oqimi sezilarli darajada sodir bo'ladi.
Elektr uzilishi teskariligi bilan tavsiflanadi, ya'ni p-n o'tishning dastlabki xususiyatlari to'liq tiklangan, agar siz p-n o'tish joyidagi kuchlanishni pasaytirsangiz. Ushbu elektr buzilishi tufayli yarimo'tkazgichli diodlarda ish rejimi sifatida ishlatiladi.
Agar p-n-o'tish joyining harorati uning teskari oqim bilan isishi va issiqlikning etarli darajada chiqarilmasligi natijasida oshsa, u holda zaryad tashuvchilarning juftlarini hosil qilish jarayoni kuchayadi. Bu, o'z navbatida, oqimning yanada oshishiga olib keladi (1.2-rasmning 5-bo'limi) va p-n o'tish joyining isishi, bu birikmaning yo'q qilinishiga olib kelishi mumkin. Bunday jarayon deyiladi termal buzilish. Termal buzilish p-n birikmasini buzadi.
Har xil turdagi o'tkazuvchanlikka ega bo'lgan yarimo'tkazgichlarning p-n o'tishlari deb ataladigan kontaktlari alohida ahamiyatga ega. Ularning asosida yarimo'tkazgichli diodlar, detektorlar, termoelementlar, tranzistorlar yaratiladi.
41-rasmda p-n o'tish davri ko'rsatilgan.
P-n tipidagi yarimo'tkazgichlar chegarasida bir qator ajoyib xususiyatlarga ega bo'lgan "to'siqli qatlam" hosil bo'ladi, bu esa p-n o'tkazgichlarining elektronikada keng qo'llanilishini ta'minladi.
n-tipli yarimo'tkazgichda erkin elektronlar konsentratsiyasi juda yuqori, p-tipli yarimo'tkazgichda esa ko'p marta kamroq bo'lganligi sababli, chegarada n mintaqadan p mintaqaga erkin elektronlarning tarqalishi sodir bo'ladi.
Xuddi shu narsani teshiklar haqida ham aytish mumkin; ular teskarisi p dan n gacha tarqaladi.
Shu sababli chegara mintaqasida ("to'siqli qatlamda") elektron-teshik juftlarining intensiv rekombinatsiyasi sodir bo'ladi, to'siq qatlami tok tashuvchilardan tugaydi va uning qarshiligi keskin ortadi.
Diffuziya natijasida chegaraning har ikki tomonida n mintaqada musbat hajm zaryadi va p mintaqada manfiy hajm zaryadi hosil bo'ladi.
Keyin p-tipli yarimo'tkazgichdan n-tipli yarimo'tkazgichga yo'naltirilgan ushbu dizayndagi elektr maydoni blokirovka qatlami orqali teshiklar va elektronlarning yo'naltirilgan harakatiga hissa qo'shadi, bu esa blokirovka qatlamining asosiy oqim tashuvchilari bilan boyitilishiga olib keladi. va shuning uchun uning qarshiligining pasayishiga olib keladi. Diffuziya oqimlari elektronlar va teshiklar tomonidan hosil qilingan o'tkazuvchanlik oqimlaridan sezilarli darajada oshadi. Asosiy tashuvchilarning yo'naltirilgan harakati tufayli p-n o'tish joyidan elektr toki o'tadi.
Bunday holda, kontakt potentsialining qiymati (potentsial to'siq) keskin pasayadi, chunki tashqi maydon kontakt maydoniga qarshi qaratilgan. Bu shuni anglatadiki, oqim hosil qilish uchun p-n birikmasiga bir voltning atigi bir necha o'ndan bir qismidagi tashqi kuchlanishni ulash kifoya.
Bu erda hosil bo'lgan oqim deyiladi to'g'ridan-to'g'ri oqim. P-tipli yarimo'tkazgichda to'g'ridan-to'g'ri oqim - bu teshiklarning tashqi maydon yo'nalishi bo'yicha, n-tipli yarim o'tkazgichda esa teskari yo'nalishda erkin elektronlarning yo'naltirilgan harakati. Tashqi simlarda (metall) faqat elektronlar harakat qiladi. Ular manbaning minusidan uzoqda bo'lgan yo'nalishda harakat qiladilar va blokirovka qatlami orqali p mintaqasiga chiqadigan elektronlarning yo'qolishini qoplaydi. Va p dan elektronlar metall orqali + manbaga o'tadi. Elektronlarga qarab p-mintaqasidan "teshiklar" blokirovka qatlami orqali n-mintaqaga o'tadi.