Исследования проводимости различных материалов начались непосредственно в XIX веке сразу после открытия гальванического тока. Первоначально материалы делили на две группы: проводники и диэлектрики. Позже были открыты материалы, чьи свойства не подходили полностью ни под одну группу. Эти вещества получили название полупроводников, хотя они вполне заслуживали и названия «полу изоляторов». Они проводят ток несколько лучше, чем изоляторы, и значительно хуже проводников…

Удельное сопротивление - от до Омм Удельное сопротивление - от до Омм Удельное сопротивление - от до 10 7 Омм

Si Кремний – 4 валентный химический элемент. Каждый атом имеет во внешнем электронном слое по 4 электрона, которые используются для образования парно электронных (ковалентных) связей с 4 соседними атомами При низких температурах (включая и комнатную) химически чистые полупроводники не проводят электрический ток Si

свободный электрон дырка С увеличением температуры (для кремния – 1000 К) валентные электроны приобретают большую кинетическую энергию. Они смогут прервать ковалентную связь и стать свободными, и при этом покинуть свои атомы. Освободившиеся места называют дырками (вакансиями) Si + С увеличением температуры у полупроводников возрастает число свободных электронов и дырок, их проводимость увеличивается, а сопротивление падает

R t R0R0 металл полупроводник экспонента При неизменной температуре между электронами и дырками поддерживается динамическое равновесие При отсутствии электрического поля электроны и дырки участвуют в тепловом хаотическом движении

Примесь является донором в том случае, когда ее валентность больше валентности основного полупроводника Si As Si As

- Si In Si In Si + Примесь является акцептором в том случае, когда ее валентность меньше валентности основного полупроводника

Вследствие диффузии ближайшие к месту сплава электроны и дырки движутся в полупроводники р-типа и n-типа соответственно Si In _ + р – п р – типа п – типа После прекращения диффузии вблизи границы возникнет особый пограничный слой, называемый р-n-переходом (из-за рекомбинации этот слой обеднен носителями зарядов и его сопротивление значительно больше сопротивления других участков полупроводников)

р-полупроводникn-полупроводник Основные носители : дырки Неосновные носители: электроны Основные носители : электроны Неосновные носители: дырки р – типа п – типа Толщина р- n-перехода мала (10 -6 м), но сопротивление во много раз больше сопротивления остальных частей полупроводника

р – типа п – типа р – п - переход + _ U I 0 Рассмотренный переход называют прямым При данном подключении ток через р – п - переход осуществляется основными носителями зарядов, поэтому проводимость перехода велика, а сопротивление мало Прямой переход

р – типа п – типа р – п - переход + _ При данном подключении ток через р – п - переход осуществляется неосновными носителями, поэтому проводимость перехода мала, а сопротивление велико U I 0 Этот переход называют обратным Обратный переход

В 1919 году Вильям Иклс ввел слово «диод», образованное от греческих корней «di» – два, и «odos» - путь р – п - переход обладает свойством пропускать ток в одном направлении и почти не пропускать в обратном. Это свойство используется в полупроводниковых диодах для выпрямления переменного тока Условное обозначение на схеме катод анод катод анод + _ В цепи идет ток катод анод + _ В цепи тока нет

Ge In п – р р – п эмиттер коллектор база эмиттерный переход коллекторный переход БЭ К Транзистор p-n-p типа БЭ К Транзистор n-p –n типа

р рn + _ прямой переход обратный переход эмиттер база коллектор Два р – п – перехода: эмиттер – база – эмиттерный переход коллектор – база – коллекторный переход Толщина базы должна быть значительно меньше длины свободного пробега носителей тока, а концентрация основных носителей в базе значительно меньше концентрации основных носителей тока в эмиттере – для минимальной рекомбинации в базе Площадь коллекторного перехода должна быть больше площади эмиттерного перехода, чтобы перехватить весь поток носителей тока от эмиттера

При создании напряжения между эмиттером и базой, основные носители - дырки, проникают в базу, где небольшая часть их рекомбинирует с электронами базы, а основная часть попадает в коллекторный переход, который закрыт для электронов, но не для дырок. Сила тока в коллекторе от величины сопротивления R практически не зависит, но от его величины будет зависеть напряжение на нем. Именно поэтому, изменяя сопротивление, можно получать многократное усиление напряжения, а, значит, и мощности Основное число дырок, пройдя через базу, замкнули цепь, сила тока в эмиттере и коллекторе практически равны

Использование транзисторов заменяют электронные лампы во многих цепях портативная радиоаппаратура цифровая техника процессоры Преимущества: не потребляют большой мощности компактны по размерам и массе работают при более низких напряжениях Недостатки транзисторов : большая чувствительность к повышению температуры чувствительность к электрическим перегрузкам чувствительность к проникающим излучениям