Дырочного полупроводника

Транзистор представляет собой полупроводниковый прибор, состоящий из трех областей с чередующимися типами проводимости. Эти области разделяются электронно-дырочными переходами ( 6.1). Средняя область называется базой, крайние — эмиттером

Одним из важных параметров полупроводниковых приборов с электронно-дырочными переходами является допустимое обратное напряжение f/ogpmax, при котором сохраняется свойство односторонней электропроводности. Превышение величины обратного напряжения может привести к необратимому тепловому пробою электронно-дырочного перехода и, следовательно, к выходу из строя полупроводникового прибора.

Переключающий диод ( 3.21, а) имеет сложную р-п-р-я-струк-туру с тремя электронно-дырочными переходами.

Транзистор укрепляют в кристаллодержателе и помещают в герметизированном металлическом корпусе / ( 3.23, б). Эмиттер 5, база 3 и коллектор 2 имеют выводы, которые проходят через стеклянные изоляторы 6 и соединяются с внешней цепью. База или коллектор имеет обычно соединение 4 с корпусом транзистора. Толщина базы W < 3.23, а) между электронно-дырочными переходами не превышает 10 мкм. Концентрация носителей зарядов в базе значительно (примерно на 2—3 порядка) меньше концентрации носителей зарядов в эмиттере и коллекторе. Поэтому база является сравнительно высокоомной, ее проводимость значительно ниже проводимости эмиттера и коллектора *.

Наибольшее распространение имеют полупроводниковые приборы с электронно-дырочными переходами. Электронно-дырочный переход (или/?-п-переход) представляет собой запорный слой, образующийся в месте контакта двух полупроводниковых областей, имеющих электронный и дырочный характер проводимости.

л-область. Электрод, подсоединенный к областям р-типа, является управляющим и называется затвором 3. Область в полупроводнике, ограниченная с двух сторон электронно-дырочными переходами, в которой поток носителей регулируется изменением ее поперечного сечения, называется каналом.

Эти области разделяются электронно-дырочными переходами. Область транзистора, расположенная между р — п-перехо-дами, называют базой.

В силу закона электрической нейтральности дырки, прошедшие из области эмиттера через базу в область коллектора, будут компенсированы электронами, приходящими в коллектор из внешней цепи и создающими в ней ток коллектора. Однако не все дырки, инжектированные из эмиттера в базу, достигнут коллекторной области. Небольшая их часть успевает рекомби-нировать с электронами в базовой области. Потеря зарядов в базовой области приводит к протеканию тока в цепи базы /в. Изменением тока базы можно изменять напряжение на эмиттер-ном переходе и, таким образом, управлять током между эмиттером и коллектором. Следовательно, особенность транзистора состоит в том, что между его электронно-дырочными переходами существует взаимодействие — ток одного из переходов может управлять током другого.

Каждая область от другой отделена электронно-дырочными переходами ( 4-18). Отдельные части полупроводникового триода, от которых сделаны отводы, получили название: эмиттер, коллектор и основание или база. На переход Э — Д между эмиттером и базой подаются прямое напряжение (источник питания с э. д. с. Ei) и сигнал, подлежащий усилению (Д?Д). Концентрация дырок в эмиттере должна быть в десятки раз больше концентрации электронов в базе.

Конструкция держателя или ножки и технологический процесс сборки обеспечивают удобство и надежность монтажа кристалла с электронно-дырочными переходами в корпусе полупроводникового прибора при сборке.

На 9-1, а показан разрез монокристалла кремния, на основе которого выполнен биполярный транзистор — один из наиболее распространенных полупроводниковых приборов. Основой транзистора служ:ит монокристалл кремния с повышенной концентрацией дырок (р — Si). Эта часть монокристалла образует коллекторную область. В части монокристалла создана область с повышенной концентрацией электронов (п — Si) — базовая область. Внутри базовой области образована область эмиттера с преобладающей концентрацией дырок (р — Si). Вблизи границ каждой пары областей образуются электрические переходы, которые в этом случае называют электронно-дырочными переходами (на рисунке очерчены пунктиром).

Если взять полупроводник и ввести в него повышенную концент^ рацию акцепторовТыи доноров, то получим полупроводник с повышенной концентрацией примесей. Для дырочного полупроводника при введении акцепторных примесей .получается структура с повышенным содержанием дырок, которая условно обозначается р+. Знак + соответствует более сильнолегированному слою. Аналогично получается полупроводник п+-типа при введении в электронный полупроводник донорных примесей.

Электропроводность дырочного полупроводника определяется дырками, которые здесь являются основными носителями заряда. Электроны в полупроводнике р-типа являются неосновными носителями заряда и их очень мало. Итак, за счет введения и активации акцепторной примеси образуется дырочный полупроводник, электропроводность которого определяется дырками, причем их количество равно количеству отрицательных ионов.

Для собственных полупроводников уровень Ферми проходит по середине запрещенной зоны. В электронном полупроводнике средняя энергия электронов (и всего полупроводника) будет выше, следовательно, уровень Ферми должен находиться выше середины запрещенной зоны. Увеличение концентрации доноров приводит к тому, что уровень Ферми будет располагаться все выше. Что касается дырочного полупроводника, то в нем уровень Ферми должен располагаться ниже середины запрещенной зоны, причем тем ниже, чем больше концентрация акцепторов.

В электронике довольно широко используются так называемые вырожденные полупроводники. У таких полупроводников уровень Ферми обычно располагается в разрешенных зонах: проводимости для электронного и в валентной для дырочного полупроводника. На практике используются вырожденные полупроводники с сильной степенью вырождения, получаемые за счет значительного повышения концентрации примеси (1019 — 1021 см3).

Это общая формула для любого состояния полупроводника n-типа. Аналогично (2.1) для дырочного полупроводника запишем

При низком уровне возбуждения Дл=ДрПо) не зависит от концентрации дырок и характеризует время жизни неосновных носителей заряда — дырок. Аналогичное соотношение справедливо для дырочного полупроводника.

Модели полупроводников с электронной и дырочной электропроводностью представлены на 3.17, а. Основные носители заряда в полупроводнике п-типа - электроны - на рисунке обозначены знаком минус. Ионизированные атомы донорной примеси, будучи структурными элементами, не принимают участия в электропроводности. На рисунке они обозначены знаком плюс в кружке. Дырки, которые в электронном полупроводнике также имеют место.на рисунке не изображены, потому что они являются неосновными носителями заряда и концентрация их по сравнению с концентрацией электронов невелика. Аналогичные обозначения сделаны и для дырочного полупроводника.

отрицательный заряд, а на горячем оставаться нескомпенсированный положительный. Возникшее электрическое поле будет вызывать поток электронов от холодного конца к горячему. Стационарное состояние установится при равенстве этих потоков. У дырочного полупроводника на холодном конце возникнет положительный заряд. Таким образом, по знаку термо-э. д. с. можно судить о типе электропроводности полупроводника.

Для дырочного полупроводника

Полупроводник с акцепторными примесями носит название дырочного полупроводника или р-типа.

В электронном полупроводнике основными носителями заряда, как известно, являются электроны, поток их от горячего конца к холодному будет больше, чем от холодного к горячему. В результате этого на холодном конце будет накапливаться отрицательный заряд, на горячем оставаться нескомпенсированный положительный. Возникшее электрическое поле будет вызывать поток электронов от холодного конца к горячему. Стационарное состояние установится при равенстве этих электронов. У дырочного полупроводника на холодном конце возникнет положительный заряд. Таким образом, по знаку термоЭДС можно судить о типе электропроводности полупроводника.