Электронной проводимости

двумя областями с электронной проводимостью, то получается транзистор типа п-р-п ( 5-7, б). Иначе говоря, транзистор состоит из двух р-п-переходов, причем одна область (п или р) является обшей. Наружные слои транзистора представляют собой электроды, называемые эмиттером (э) и коллекто-р о м (к)* Промежуточный слой называется базой (б).

где рп и пр — соответственно концентрация дырок в полупроводнике с электронной проводимостью и электронов в полупроводнике с дырочной проводимостью.

Принцип действия транзисторов типа п — р — п не отличается от рассмотренного выше, только в область базы вводятся из эмиттера не дырки, а электроны. Для таких транзисторов полярность напряжений t/эв и (/КБ должна быть противоположна той, которая показана на 6.3. Направление токов также должно измениться на противоположное, так как они обусловлены в данном случае не дырочной, а электронной проводимостью.

Выпрямительные диоды подразделяются на диоды малой мощности, рассчитанные на выпрямленный ток до О,ЗА; средней мощности, рассчитанные на ток /Вьш.ср = 0,3-М0 А, и большой мощности, рассчитанные на ток /Вып.ср>Ю А. Диоды малой и средней мощности широко применяют в выпрямительных устройствах электронных вычислительных машин и другой электронной аппаратуры. Промышленность выпускает в основном кремниевые диоды, имеющие большую площадь перехода и допускающие большие значения выпрямленного тока. Кремниевые плоскостные диоды получают путем вплавления алюминиевого электрода в кристалл кремния с электронной проводимостью. В противоположную поверхность кристалла кремния вплавляется золотая фольга, образующая омический контакт с основными кристаллами.

В полупроводниковых электронных приборах наиболее широко используются контактные явления, возникающие на границах разделов: металл—полупроводник, полупроводник с электронной проводимостью — полупроводник с дырочной проводимостью. Контакт двух разнородных полупроводников (электронного и дырочного) принято называть электронн о-д ы р о ч н ы м п—р-переходом.

Стабилитроны. Если приложить к диоду напряжение обратной полярности (минус к области с дырочной проводимостью, плюс к области с электронной проводимостью), то собственное поле п—р-перехода и поле внешнего источника складываются. Это приводит к некоторому увеличению обратного тока, обусловленного неосновными носителями. По мере увеличения обратного напряжения ток внезапно резко возрастает — происходит электрический пробой п—^-перехода. При этом неосновные носители ускоряются электрическим полем п—р-перехода настолько, что их энергия оказывается достаточной для ударной ионизации атомов полупроводника: появляются новые носители заряда, которые в свою очередь ускоряются и вызывают возникновение лавины электронов и дырок. Вольт-амперная характеристика в режиме электрического пробоя проходит практически параллельно оси тока ( 9, а): ток /об резко возрастает, а напряжение ?/от .постоянно. Это позволяет использовать полупроводниковые диоды в режиме пробоя в качестве стабилизаторов напряжения — стабилитронов. Стабилитроны выполняются из кремния и могут стабилизировать напряжение в пределах единиц — сотен вольт. Принципиальная схема простейшего стабилизатора напряжения ?/вх на основе стабилитрона КС133 и резистора R приведена на 9, б. Стабилизация напряжений ниже 1 В достигается использованием кремниевых диодов, включенных в прямом направлении (называемых стабисторами)и обеспечивающих стабильное напряжение 0,7—1 В, как это показано на 9, а:

При соприкосновении полупроводников, имеющих электронную (/г-типа) и дырочную (р-типа) проводимости, на границе образуется контактная разность потенциалов вследствие диффузии электронов. Если полупроводник с дырочной проводимостью освещается, то его электроны, поглощая кванты света, переходят на полупроводник с электронной проводимостью. В замкнутой цепи при этом образуется электрический ток.

Типовая технологическая последовательность изготовления МДП-транзистора с р-каналом показана на 1.13. В качестве подложки используется высокоомный (2—10 Ом • см) кремний с электронной проводимостью. Подготовленная поверхность пластины окисляется. Первая фотолитография позволяет вскрыть окна в окисле для локальной диффузии, в результате которой формируются области истока и стока. Диффузия проводится в две стадии на глубину 1—2 мкм.

Если на затвор подать напряжение, то электрическое поле, создаваемое положительным потенциалом затвора, индуцирует соответствующий отрицательный заряд в полупроводниковом материале, который служит второй пластиной конденсатора. При возрастании положительного напряжения, приложенного к затвору относительно истока, в части полупроводниковой подложки типа р между истоком и стоком образуется инверсный слой с электронной проводимостью — канал п. Через этот индуцированный канал типа п может протекать ток. Чем больше напряжение на затворе, тем больше поперечное сечение канала и, следовательно, больший ток протекает между истоком и стоком. Иначе говоря, током стока можно управлять путем изменения потенциалов на затворе.

управляется входным. В настоящем параграфе разобраны принцип действия, характеристики и параметры германиевого плоскостного транзистора. Такой транзистор имеет три области с поочередно меняющимися типами проводимости. Если область с электронной проводимостью заключена между двумя областями с дырочной проводимостью, то транзистор называется транзистором типа •р-п-р ( 5-7,а). Наоборот, если область с дырочной проводимостью заключена между двумя областями с электронной проводимостью, то получается транзистор типа -п-р-п ( 5-7,6). Иначе говоря, транзистор состоит из двух р-п-переходов, причем одна область (п или р) является общей.

ные примеси и обладает электронной проводимостью (п-область).

Проводимость, создаваемая движением дырок, называется дырочной или проводимостью р-типа (positive — положительный). Дырочную проводимость не следует отождествлять с ионной, так как носителями тока по-прежнему являются электроны. При электронной проводимости свободный электрон проходит весь путь в кристалле, а при дырочной проводимости электроны поочередно заменяют друг друга в связях.

В сплавных диодах ( 5.6, б) р — n-переход получают вплав-лением в кристалл полупроводника электронной проводимости кусочка сплава, содержащего атомы акцепторной примеси. При создании кремниевых сплавных импульсных диодов в кристалл кремния вплавляется конец тонкой алюминиевой проволочки. После охлаждения в месте спая образуется очень тонкий слой кремния, обогащенный алюминием. Граница между исходным монокристаллом электронной проводимости и сильнолегированным р-слоем представляет собой р — я-перехоД.

После напыления контакт- „ ных выводов из золота или алюминия на поверхности плас-тинки формируется защитная пленка из двуокиси кремния SiO, или нитрида кремния Si3N4 . По отношению к подложке, выполняющей функции затвора полевого транзистора, исток, сток и канал образуют р-и-переход. В рассмотренной конструкции ( 4.1,а) эти элементы изготовлены из кремния электронной проводимости, а подложка — из кремния дырочной проводимости. Вмес-

Проводимость, создаваемая движени-• ем дырок, называется дырочной или проводимостью р-типа (positive — положительный). Дырочную проводимость не следует отождествлять с ионной, так как носителями тока по-прежнему являются, электроны. При электронной проводимости; свободный электрон проходит весь путь в кристалле, а при дырочной проводимости электроны поочередно заменяют друг друга в связях.

Полупроводники с преобладающей дырочной проводимостью называют полупроводниками типа р (от слова позитив — положительный), а полупроводники с преобладанием электронной проводимости — типа п (от слова негатив — отрицательней). Примеси, которые вызывают преобладание дырочной проводимости, называются акцепторными, а электронной — донор-н ы м и.

Благодаря сравнительно небольшой ширине запрещенной зоны под влиянием поглощения некоторого количества энергии отдельные возбужденные электроны могут быть переброшены через запрещенную зону в зону проводимости, .что вызывает эффект электронной проводимости. На месте электронов, ушедших из заполненной зоны, остаются свободные места — «электронные дырки». Место этих дырок будут занимать другие электроны заполненной (валентной) зоны. Таким образом, свободное место — дырка будет перемещаться в направлении электрического поля, создавая эффект движения положительного заряда.

В § 4-1 мы классифицировали диэлектрики по агрегатным состояниям и оценили их с точки зрения электронной проводимости. Рассмотрим поляризационные свойства тех же диэлектриков.

Ток электронной проводимости характерен для металлических проводников. Металлы, как мы уже отмечали в главе третьей, характеризуются наличием большого количества свободных электронов, легко перемещающихся через кристаллическую решетку. Электроны движутся хаотически в разных направлениях, подобно молекулам газа. Поэтому совокупность свободных электронов в проводниках рассматривают как своего рода электронный газ.

электронов, проходящих через данное сечение проводника в единицу времени. Оно, как мы увидим ниже, служит для оценки значения электрического тока. При неизменной температуре значение тока в материалах с электронной проводимостью оказывается пропорциональным электрическому напряжению U между концами проводника. Значение тока электронной проводимости выражается такой зависимостью: i — gi/, где g — постоянная величина, зависящая при заданной температуре только от материала проводника и его геометрических размеров

Особенностью тока электронной проводимости является то, что усилия воздействия на движущиеся электроны внешнего магнитного поля передаются кристаллической решетке проводников, что проявляется в виде механических сил, которые действуют на эти проводники.

Магнитные свойства проявляются в чистом виде у кристаллов ферромагнитных веществ. В кристаллической структуре ферромагнитных веществ ионы располагаются в строго определенном порядке. Например, в пространственной решетке кристаллов железа, которая имеет кубическую структуру ( 12-4), в вершинах решетки располагаются положительные ионы, часть же валентных электронов, перешедших в зону электронной проводимости, заполняет пространство внутри решетки, образуя электронный газ. Силы взаимодействия между ионами удерживают ионы в соответствующих точках кристаллической решетки.