Электроны валентной

Катодолюминесцентные индикаторы состоят из накаленного катода, сетки и нескольких (от 7 до 19) изолированных друг от друга анодов. Аноды выполнены в виде металлических полосок (сегментов), размещенных в одной плоскости и покрытых люминофором ( 7.3). На сетку подано постоянное положительное напряжение порядка 20 В. Когда такое же напряжение подается на ряд анодов, их бомбардируют электроны, вылетающие из катода, возникает люминесценция и аноды светятся зеленым светом, образуя соответствующую стилизованную цифру. Катод и сетка при этом практически не видны.

Для повышения коэффициента усиления, уменьшения проходной емкости и расширения функциональных возможностей в некоторых типах ламп используют две и более сеток. Лампа, имеющая две сетки -управляющую и экранирующую, получила название тетрод. Условное обозначение тетрода приведено на 15.2, в. Экранирующая сетка располагается между анодом и управляющей сеткой и выполняется в виде густой спирали, окружающей управляющую сетку. На экранирующую сетку подается постоянное положительное напряжение относительно катода. Обычно это напряжение по величине несколько меньше анодного. Экранирующая сетка при этом эффективно ослабляет воздействие анодного напряжения на электроны, вылетающие с катода. Благодаря этому коэффициент усиления в тетроде получается больше, чем в -триоде, и достигает нескольких сотен.

приведено на 15.2, г. У лучевого тетрода электроны, вылетающие с катода, сфокусированы в плотные лучи, препятствующие движению вторичных электронов от анода к экранирующей сетке.

лучшим условиям осаждения. Для увеличения концентрации ионов создают магнитное поле, направленное от катода к аноду. Электроны, вылетающие из катода под небольшими углами к вектору магнитного поля, двигаются к аноду по спиральным траекториям вокруг оси разряда, проходя путь, значительно больший расстояния катод—анод, и порождая на этом пути гораздо больше ионов.

Электроны, вылетающие из фотокатода ( 8.2) под действием света, направляются электрическим (или магнитным) полем на обладающий значительным коэффициеьтом вторичной эмиссии о электрод Д:, называемый динодом. Выбитые из динода Д\ вторичные электроны направляются на следующий динод Д2, имеющий более высокий потенциал, и также выбивают из него вторичные электроны в еще большем количестве и т. д. Каждая из ступеней умножения фототока дает усиление в ст раз, а общее усиление при п ступенях

Электроны, покидающие катод, обладают вначале незначительной скоростью, по мере движения к аноду скорости электронов возрастают. Чем больше электронов покинуло катод, тем сильнее тормозятся последующие электроны, вылетающие из катода, так как они испытывают противодействие со стороны электронов, перемещающихся впереди них. Поэтому электроны группируются вблизи катода в виде «объемного отрицательного заряда». Объемный отрицательный заряд частично рассасывается под действием сил электрического поля между анодом и катодом, но одновременно пополняется электронами, покидающими катод. Объемный заряд противодействует вылету электронов из катода и перемещению электронов внутри лампы. 146

и отрицательным. При отрицательном потенциале сетки ее поле тормозит электроны, вылетающие из катода, уменьшая количество электронов, достигающих анода. Влияние сеточного напряжения на объемный заряд в промежутке катод — сетка значительно сильнее, чем влияние анодного напряжения. Это дает возможность эффективно управлять анодным током путем небольших изменений напряжения на сетке.

В мощных диодах с катодом прямого накала начальный участок характеристики иногда сдвигается вправо, так что анодный ток при малых положительных напряжениях на аноде равен нулю. Это отличие объясняется влиянием магнитного поля катода. Протекающий по катоду ток накала создает магнитное поле. Электроны, вылетающие из катода, под действием: магнитного поля стремятся вернуться на катод.

Если потенциал анода положителен относительно катода, то электроны, вылетающие из нагретого катода, дви-

В мощных диодах с катодом прямого накала начальный участок характеристики иногда сдвигается вправо, так что анодный ток при малых положительных напряжениях на аноде равен нулю. Это отличие объясняется влиянием магнитного поля катода. Протекающий по катоду ток накала создает магнитное поле. Электроны, вылетающие из катода, под действием: магнитного поля стремятся вернуться на катод.

покидающих металл, возрастает. Все электроны, вылетающие из катода в единицу времени, образуют электрический ток эмиссии (/э). При повышении температуры катода ток эмиссии растет сначала медленно, а затем все быстрее и быстрее. На 4-2 даны кривые плотности тока эмиссии 0Э, т. е. тока эмиссии, отнесенного к единице поверхности катода в зависимости от температуры / для различных катодов. Эффективностью катода называется ток эмиссии, отнесенный к единице мощности, затраченной на нагрев катода. Естественно, чем больше эффективность, тем экономичней катод. Чем больше работа выхода, тем большая температура необходима для получения определенной эмиссии. Следовательно, материал для катода должен иметь высокую температуру плавления. Одним из таких металлов является вольфрам с температурой плавления

Общую электропроводность полупроводника, обусловленную генерацией, перемещением и рекомбинацией пар электрон — дырка, называют собственной электропроводностью, а сам полупроводниковый кристалл — собственным полупроводником. Собственная электропроводность обычно невелика. Причем как электронная, так и дырочная электропроводность обусловлена перемещением в полупроводнике только электронов. Однако в первом случае движутся электроны, находящиеся на энергетических уровнях зоны проводимости, в направлении, противоположном направлению электрического поля. Во втором случае перемещаются электроны валентной зоны, заполняя вакантные энергетические уровни (дырки), в направлении, противоположном перемещению дырок.

Величина AW/p=W/F-H/B также мала (около 0,05 эВ), поэтому электроны валентной зоны легко переходят на примесный уровень. При этом в валентной зоне появляется большое число дырок. Они заполняются другими электронами валентной зоны, что сопровождается образованием новых дырок. Следовательно, появляется возможность перемещения электронов в валентной зоне и повышения электропроводности, называемой дырочной. Концентрация дырок в полупроводнике р-типа определяется выражением рр — — Na +Pi « /Va, где Na — концентрация акцепторов.

Какие электроны обеспечивают ток фотоэмиссии? Только электроны валентной зоны 3

105. Вспомните, как зависит длина волны де Бройля от массы тела. 106. Укажите еще ряд областей применения транзисторов и тиристоров. 107. Правильно 108. Квантовое число не принимает нулевых значений. 109. Правильно, энергия —3,38 эВ соответствует п=2, поэтому г = 4л]. 110. Отпет неполный. 111. Правильно, в этом случае свободных носителей заряда нет. 112. Правильно, кроме электрона проводимости образуется и дырка. 113. Повышение температуры тоже повышает собственную электропроводность. 114. Увеличение ширины запрещенной зоны ведет к уменьшению проводимости. 115. Примесные зоны облегчают образование пар свободных носителей заряда. 116. Правильно, фосфор — донорная примесь. 117. Правильно, сурьма — донорная примесь. 118. Учтите, что электроны валентной зоны переходят в примесную. 119. Вы перепутали типы носителей. 120. Правильно, диффундирующие электроны «обнажают» положительные ионы. 121. Подумайте, в каком направлении включен р-п-переход. 122. Электрический пробой не опасен, если он не сопровождается тепловым. 123. Правильно, разделенные объемные заряды образуют конденсатор. 124. Правильно, этот метод применяется в точечных диодах. 125. Правильно, мышьяк — донорная примесь п-типа. 126. Правильно, повышение температуры лишает диод вентильных свойств. 127. Вы перепутали области применения диодов. 128. Диоды выходят из строя только при тепловом пробое. 129. Правильно. 130. Вы перепутали полярность включения р-я-переходов. 131. Учтите, что увеличится рекомбинация дырок, эмитированных в базу. 132. Учтите, что с увеличением концентрации примеси ток базы увеличится. 133. Правильно. Это объясняется конструктивными особенностями. 134. В схеме с общей базой коэффициент усиления по току меньше единицы. 135. Ошибка в вычислениях. 136. В схеме с общей базой коэффициент усиления по мощности больше единицы. 137. Уясните определение входной характеристики. 138. Правильно. 139. Вы ошиблись в вычислениях. 140. Схему с общим эмиттером используют для усиления напряжения. 141. Устойчивость к радиации больше у полевых транзисторов. 142. Подумайте, как изменяются размеры обедненного слоя. 143. Есть транзисторы с более высоким входным сопротивлением. 144. Учтите, что при изменении полярности напряжение уменьшается до нуля. 145. Это число областей различного типа электропроводности. Число переходов меньше. 146. Правильно, а.] и аз быстро растут. 147. Правильно, сопротивление самого тиристора незначительно. 148. Германиевые транзисторы маркируются цифрой i или буквой Г. 149. Биполярные транзисторы целесообразно использовать в радиосхемах. 150. Есть и другие области применения транзисторов и тиристоров. 151. Выразите массу атома в килограммах. 152. Масса электрона значительно меньше массы ядра атома. 153. Радиус атома водорода значительно больше. 154. Вспомните о волнах де Бройля. 155. Правильно, чем меньше масса, тем больше длина волны частицы. 156. Разрешенная орбита связана с длиной волны де Бройля. 157. Такой атом называют ионом. 158. Вспомните, что энергия уровня атома отрицательна. 159. Если атом — в составе молекулы, уровень расщепляется на

или кристаллическую, решетку. В узлах решетки располагаются положительные ионы. Из-за относительно небольших расстояний на электроны валентной оболочки данного атома оказывают действие соседние атомы, благодаря чему валентные электроны непосредственно участвуют в электронном обмене каждого атома с окружающими его соседними атомами. Это приводит к тому, что уровни энергии расщепляются на ряд близко расположенных уровней, которые образуют зоны непрерывных энергетических состояний электронов. Электрические свойства тел определяются структурой этих зон и числом электронов, заполняющих зоны в соответствии с принципом запрета.

При температурах выше абсолютного нуля некоторые электроны валентной зоны могут быть переброшены в зону проводимости — возможна тепловая генерация пар носителей заряда, в зоне проводимости появляются свободные электроны, а в валентной зоне — дырки. Процесс тепловой генерации возможен даже при очень низких температурах из-за значительных флуктуации (отклонений) энергий тепловых колебаний атомов от средней энергии тепловых колебаний атомов относительно узлов кристаллической решетки.

Физические явления, сопровождающие фотоэффект полупроводников, отличаются большей сложностью. Энергию фотона могут поглощать в полупроводнике не только электроны в зоне проводимости, но и электроны примесей, а также электроны валентной зоны. При комнатных температурах концентрация электронов в зоне проводимости .низка п поэтому фототек за счет этих электронов мал. Фотоэмиссия возрастает, если энергия фотона оказывается достаточной для выхода электронов с примесных уровней. При увеличении энергии кванта возникает значительная эмиссия за счет электронов валентной зоны, которые образуют большую часть фототока.

Увеличение проводимости при освещении объясняется тем, что электроны валентной зоны и донорных уровней атомов примесей, поглощая кванты света, увеличивают свою энергию и переходят в зону возбуждения, где они могут принимать участие в переносе тока. При этом в валентной зоне возникают дырки, также принимающие участие в переносе тока. Это так называемый внутренний фотоэффект, свойственный большому числу полупроводниковых материалов.

Полупроводник jO-типа. В отличие от пятивалентных атомов донорной примеси у трехвалентных атомов акцепторной примеси (индия, галлия, алюминия и др.), валентные электроны расположены на энергетическом уровне, находящемся в непосредственной близости от зоны валентных электронов собственного полупроводника. Величина АП7р ( 2.6, б) составляет примерно 0,05 эВ. В связи с этим электроны валентной зоны легко переходят на примесный уровень («захватываются» трехвалентными атомами примеси). Следовательно", в валентной зоне появляется большое число дырок. Они будут заполняться другими электронами валентной зоны, на месте которых образуются новые дырки, и т. д. Таким образом, появляется возможность последовательного смещения электронов в валентной зоне, что обусловливает повышение проводимости полупроводника. Кривая распределения Ферми — Дирака и уровень Ферми в этом случае смещаются вниз ( 2.6, б).

Физические явления, сопровождающие фотоэффект полупроводников, отличаются большей сложностью. Энергию фотона могут поглощать в полупроводнике не только электроны в зоне проводимости, но и электроны примесей, а также электроны валентной зоны. При комнатных температурах концентрация электронов в зоне проводимости .низка п поэтому фототек за счет этих электронов мал. Фотоэмиссия возрастает, если энергия фотона оказывается достаточной для выхода электронов с примесных уровней. При увеличении энергии кванта возникает значительная эмиссия за счет электронов валентной зоны, которые образуют большую часть фототока.

Рассмотрим теперь более подробно поведение электронов в валентной зоне, в которой возникли свободные уровни вследствие перехода части электронов в зону проводимости ( 5.6, б). Под действием поля электроны валентной зоны теперь имеют воз-

Величина AWp=lVF—lVB также мала (около 0,05 эВ), поэтому электроны валентной зоны легко переходят на примесный уровень. При этом в валентной зоне появляется большое число дырок. Они заполняются другими электронами валентной зоны, что сопровождается образованием новых дырок. Следовательно, появляется возможность перемещения электронов в валентной зоне и повышения электропроводности, называемой дырочной. Концентрация дырок в полупроводнике /?-типа определяется выражением рр = = Na+piKNli, где N3 — концентрация акцепторов.