Препятствует дальнейшему

Расширению запирающего слоя препятствуют неподвижные ионы донорных и акцепторных примесей, которые образуют на границе полупроводников двойной электрический слой. Этот слой определяет контактную разность потенциалов (потенциальный барьер) фк на границе полупроводников ( 1.1, б). Возникшая разность потенциалов создает в запирающем слое электрическое поле, препятствующее как переходу электронов из полупроводника п-типа в полупроводник р-типа, так и переходу дырок в полупроводник n-типа. В то же время электроны могут свободно двигаться из полупроводника р-типа в полупроводник n-типа, точно так же как дырки из полупроводника n-типа в полупроводник р-типа. Таким образом, контактная разность потенциалов препятствует движению основных носителей заряда и не препятствует движению неосновных носителей заряда. Однако при движении через p-n-переход неосновных носителей (так называемый дрейфовый ток /др) происходит снижение контактной разности потенциалов фк, что позволяет некоторой части основных носителей, обладающих достаточной энергией, преодолеть потенциальный барьер, обусловленный контактной разностью потенциалов фк. Появляется диффузионный ток /диф, который направлен навстречу дрейфовому току /др, т. е. возникает динамическое равновесие, при котором /ДР=/диф.

Известно, что сила F, действующая на электрон, находящийся в электрическом поле, пропорциональна напряженности электрического поля Е. Чтобы электроны, находящиеся у поверхности металла, могли преодолеть потенциальный барьер и под действием электрического поля выйти за пределы металла, напряженность электрического поля вблизи металлической поверхности должна достигать величин порядка 108 в/м. Столь высокую напряженность электрического поля удается, например, получить вблизи поверхности ртутного катода благодаря тому, что сравнительно невысокое напряжение в несколько десятков вольт действует на очень малом расстоянии от поверхности ртути, измеряемом десятыми долями микрометра. Практическое применение электростатическая электронная эмиссия находит в ртутных

При обратном смещении высота потенциального барьера возрастает на величину ell ( 2.25, в). В результате поток основных носителей заряда, способных преодолеть потенциальный барьер, резко уменьшается и уже при обратных напряжениях, больших — 0, 1 В, диффузионные потоки основных носителей можно считать пренебрежимо малыми. Обратный ток перехода образуется неосновными носителями заряда, находящимися в пределах слоя толщиной Ln и Lp (см. 2.22,г). Неосновные носители заряда, находящиеся на расстояниях, больших Ln и Lp, рекомбинируют раньше, чем дойдут до границы обедненного слоя перехода, и в образовании обратного тока участвовать не будут. Слои толщиной Ln и Lp непрерывно обедняются неосновными носителями заряда, которые захватываются полем перехода и перебрасываются в противоположные области (см. 2.22, г). В результате образуется градиент концентрации неосновных носителей заряда и возникают диффузионные потоки электронов в р-области и дырок в n-области в направлении к переходу:

Толщина области пространственного заряда туннельных диодов из-за большой концентрации примеси очень мала - около 10 нм (т.е. в 10—100 раз меньше, чем у других диодов). Вследствие этого, а также из-за особенностей энергетических зон сильно легированного полупроводника при обратных и небольших (около 100 мВ) прямых напряжениях появляется так называемый туннельный ток, объясняемый квантово-механическим туннельным эффектом. При этом эффекте частица (электрон) способна преодолеть потенциальный барьер, создаваемый встречным электрическим полем области пространственного заряда и превышающий ее кинетическую энергию. В обычных (слабо легированных) р-п-переходах условия возникновения туннельного эффекта не выполняются, поэтому туннельный ток в них отсутствует.

Если к р-п-структуре приложить внешнее напряжение плюсом на п-обяасть и минусом на р-область, то высота потенциального барьера увеличится ( 3 \1', д) и тпк через р-п-перехол. если не учитывать генерацию свободных носителей заряда в нем, будет определяться током неосновных носителей, величина которого не зависит от высоты потенциального барьера. Обозначим его через Is. Ток, протекающий через p-n-переход при указанной полярности внешнего напряжения, называют обратным током. При смене полярности внешнего напряжения высота потенциального барьера для основных носителей заряда уменьшится ( 3.17, г). При внешнем напряжении, равном U, с учетом того, что практически все напряжение падает на обедненном слое, количество основных носителей заряда, которые могут преодолеть потенциальный барьер, увеличится в е('илг) раз. Ток неосновных носителей заряда останется тем же. Полный ток, протекающий через p-n-переход, в этом случае будет

2.19. Какой процент электронов, находящихся в вольфрамовой проволоке при 7=2600 К., может преодолеть потенциальный барьер вблизи катода высотой 1 эВ?

2. Определим, какая часть электронов способна преодолеть потенциальный барьер высотой 1 эВ:

Внешнее напряжение, приложенное плюсом к р-области, а минусом к «-области, называется прямым напряжением k'np ( 15). Под действием внешнего поля основные носители будут двигаться к р—«-переходу. Ширина зоны, обедненной носителями, уменьшится, соответственно уменьшится ширина запирающего-слоя, потенциальный барьер и сопротивление р—я-перехода. Часть основных носителей, имеющих наибольшие значения энергии, сможет преодолеть потенциальный барьер и перейти через-границу, разделяющую полупроводники типа пир. Это приводит к нарушению равновесия между диффузионным и дрейфовым токами. Через р—n-переход потечет ток, созданный движением основных носителей (электронов «-области и дырок р-области). Результирующий ток, значение которого определяется

Это равенство устанавливается при определенной контактной разности потенциалов С/к ( 16.5, в). Эта разность потенциалов препятствует перемещению основных носителей заряда, т. е. создает потенциальный барьер. Для того чтобы преодолеть потенциальный барьер электрон должен обладать энергией W~qeU^. С увеличением потенциального барьера диффузионный ток должен убывать. Толщина слоя /г, в котором действует внутреннее электрическое поле, мала и определяет толщину /j-и-перехода (обычно /г<10~бм). Однако сопротивление этого слоя велико, поскольку он обеднен основными носителями заряда. Поэтому его часто называют запирающим. При одинаковых концентрациях носителей зарядов в р- и «-областях полупровод-

электроны металла должны полу- ^ Q Q Q Q Q Q Q чить извне определенную энергию, равную работе, которую надо совершить, чтобы преодолеть потенциальный барьер. Эта работа пазы }ается Рис и , Двойной работой выхода и обозначается электрический слой \Va. Отношение работы выхода к па поверхности ме-заряду электрона называется и о- талла т е н ц и а л о м в ы хода фа = Wa/qo. Существуют различные способы сообщения дополнительной энергии электронам \еталла и в зависимости от этого различные виды электронной эмиссии. Остановимся на двух: термоэлектронной и вторичной.

Дуговой разряд по длине можно подразделить на три области: среднюю—столб дуги, прикатодную и прианод-ную области.- В столбе дуги потенциал растет линейно по направлению от одного конца к другому; в приэлект-родных областях, протяженность которых весьма мала (порядка 10~5 см), он изменяется скачком. Между тем эти приэлектродные области, в первую очередь прика-тодная, образуют те потоки заряженных частиц, которые в столбе дуги ионизируют газ. Под действием бомбардирующих катод ионов он разогревается и находящиеся в нем, как во всяком металле, свободные электроны получают такие скорости теплового движения, что оказываются в состоянии преодолеть потенциальный барьер у поверхности катода и выйти в дуговой промежуток, где они ускоряются электрическим полем и при столкновении с нейтральными частицами ионизируют их толчком. Такая термоэлектронная эмиссия требует высокой температуры катода (более 2000 К), поэтому она возможна лишь тогда, когда катод выполнен из тугоплавкого материала. Катод из менее тугоплавкого материала интенсивно испаряется, и электроны выходят из окружающего катод раскаленного облака пара.

Выполнение устройств линейной техники и особенно СВЧ-устройств с использованием отдельных герметичных ГИФУ исчерпало свои возможности и в настоящее время препятствует дальнейшему снижению массогабаритных показателей изделий вследствие большого числа разъемов и кабелей коммутации. Изучение тенденций развития конструирования МЭА показывает, что основным направлением является переход от интеграции схем к интеграции систем. При этом под системой подразумевается радиоэлектронное устройство заданной сложности.

Во многих ЭУ в защите нуждаются отдельные полупроводниковые приборы. На 3.28 показаны простые способы защиты биполярных транзисторов. Коллекторный ток ограничивают допустимым значением с помощью резистора (а); от перенапряжения транзистор защищают стабилитроном (б), который при напряжении стабилизации пробивается и препятствует дальнейшему росту напряжения на транзисторе; от пробоя обратным напряжением эмиттерный переход транзистора защищают диодом (в), который при возникновении обратного напряжения открывается и шунтирует вход транзистора.

В результате ухода дырок из приконтактной области р-типа и электронов из приконтактной области /г-типа на этих участках образуется обедненный от подвижных носителей заряда слой и появляется нескомпенсированный отрицательный заряд за счет ионов акцепторной примеси (в приконтактной области р-типа) и положительный заряд за счет ионов донорной примеси (в приконтактной области /г-типа). На 1.5, а обедненный слой отмечен кружочками со знаками «—» и « + », обозначающими отрицательные и положительные ионы соответственно акцепторной и донорной примеси. Таким образом, обедненный слой представляет собой область полупроводника с определенной плотностью объемного заряда, наличие которого приводит к образованию электрического поля (на 1.5, а направление напряженности этого поля показано вектором Е). Это поле препятствует дальнейшему диффузионному перемещению дырок из полупроводника р-типа в полупроводник /г-типа и электронов в противоположном направлении. Поскольку обедненный слой обладает незначительной электропровод-

Очевидно, что падение напряжения в щеточном контакте, действуя встречно ек, препятствует дальнейшему увеличению тока коммутируемой секции. Кривая изменения тока в коммутируемой секции при ускоренной коммутации представлена на 15.9. Видно, что сбегающий край щетки на нагружен током с момента достижения током секции значения—ia и до конца периода замыкания секции щеткой. Этот отрезок времени То О Г. Вегнер назвал периодом малого тока.

Таким образом, у границы раздела образуется двойной слой противоположных по знаку неподвижных зарядов (ионов донора и акцептора), это так называемый запирающий слой, обладающий большим высоким электрическим сопротивлением. Именно этот слой и называется р — га-переходом. Этот электрический слой •определяет контактную разность потенциалов (потенциальный барьер) на границе полупроводников, которая для германия составляет 0,2 — 0,3 В, для кремния 0,8 В. Потенциальный барьер препятствует дальнейшему диффузионному переходу основных носителей заряда — электронов в р-область и дырок в га-область. Устанавливается состояние равновесия. Однако и в состоянии равновесия через р — га-переход происходит перемещение носителей заряда. Во-первых, вследствие разности концентраций и теплового движения электроны области п, обладающие энергиями, достаточными для преодоления потенциального барьера, будут переходить в р-область. По той же причине дырки будут переходить из р-области в n-область. Это приводит к тому, что через р — и-переход диффундирует незначительное число электронов л-области и дырок р-области, образуя соответственно электронную /п диф и дырочную 1р диф составляющие диффузионного тока.

При коротком замыкании напряжение в середине линии равно нулю. 52. Вы ошибаетесь. Обратите внимание на то, что ЭДС источников действуют согласно. 53. Правильно. 54. Неверно. Первое и третье уравнения ничем не отличаются друг от друга, и фактически при трех неизвестных токах имеются два уравнения. 55. Неверно. Этим признаком характеризуются электролиты, используемые в аккумуляторах и других химических источниках электроэнергии. 56. Ответ неточен. Подумайте, чему равно сопротивление в середине линии при коротком замыкании. 57. Грубая ошибка, так как вы применили неверную формулу /?зк = l//?i + I /Ri + \/Rs. 58. Правильно. 59. Неверно. Этим признаком характеризуется ионизированный разреженный газ, выполняющий функции проводника, например в лампах дневного света. 60. Неверно. Вспомните, как зависит напряжение на зажимах источника от сопротивления нагрузки. 61. Неверно. См. консультацию № 161. 62. Вы ошибаетесь, так как не учитываете того, что сопротивление провода зависит от его диаметра. 63. Неверно. Вас, возможно, вводит в заблуждение то обстоятельство, что при увеличении /?эк уменьшается ток в цепи. Это так, но ведь и сопротивления всех участков также увеличатся. 64. Неверно. Вы не учитываете, что в цепи еще имеется сопротивление /?„. 65. Правильно. При разделении зарядов между ними создается электрическое поле, которое препятствует дальнейшему разделению. 66. Вы ошибаетесь. Для правильного ответа необходимо, во-первых, выяснить режи-м работы каждого источника, во-вторых, написать выражение для напряжения на зажимах каждого из них. 67. Неверно. См. консультацию № 9. 68. Вы ошибаетесь. Из формулы l = q/t следует, что q = It. Таким образом, площадь прямоугольника, ограниченная графиком тока и осью времени, соответствует количеству электричества, проходящему через проводник за данное время, например 1\ (см. к консультации № 6). 69. Правильно. 70. Неверно. Это возможно в том случае, когда удельные сопротивления меди и стали были бы одинаковы. 71. Вы ошибаетесь. См. консультацию № 160. 72. Правильно. 73. Вы ошибаетесь, так как не учли того, что провода линии обладают сопротивлением. 74. Неверно. Если было так, как вы думаете, то при разомкнутой цепи разделение зарядов продолжалось бы практически до бесконечности. В> действительности по мере разделения зарядов возникает электрическое поле, противодействующее разделению. Когда напряженность электрического поля становится равной напряженности стороннего поля, разделение зарядов прекращается. 75. Вы ошибаетесь. См. консультацию № 88. 76. Правильно. В этом случае сопротивление ветви R,,i, определяется по формуле 1/Я = 1//?"+1/Я2 + 1/Яз+ l//?i,. При Яv. >/?„,, 1//?,,«0. Следовательно, сопротивление /?„(, не зависит от сопротивления Rv. Таким образом, режим работы цепи не меняется. 77. Неверно. 78. Неверно. Прочтите консультацию № 28. 79. Неверно. Напряжение U действует на всей ветви ABC. 80. Правильно. Положительно заряженные ионы закреплены в узлах кристаллической решетки и могут совершать только колебательные движения, а электроны внешних орбит свободны и могут перемещаться под действием сил электрического ноля. 81. Правильно. Температурный коэффициент сопротивления меди а достаточно велик (а = 0,004), поэтому при нагревании медного проводника на 10 "С его сопротивление меняется на 4%. 82. Правильно. Отношение /?1//У?1„, = 14/8. Следовательно, общее напряжение делится в том же отношении. 83. Вы ошибаетесь. Прочтите еще раз данный параграф. 84. Правильно, так как имеет

пусе выключателя. Рукоятка 5, связанная с валом, снабжена отключающей пружиной, которая испытывает натяжение при повороте рукоятки и, преодолевая трение в контактных поверхностях, производит быстрое перемещение подвижных контактов по окружности. Точная остановка выключателя в требуемом положении достигается при помощи фиксатора в виде фасонной пружинящей шайбы, помещенной на валу пакетного выключателя. Фиксатор под действием пружины препятствует дальнейшему перемещению вала при помощи упора в выступе крышки. Вал может иметь несколько фиксированных положений, и на нем монтируется несколько дисков (пакетов) по числу одновременно переключаемых цепей. Пакетные выключатели применяются для установки в цепях питания маломощных электродвигателей, освещения или сигнализации в условиях редких включений (до 15—20 включений в час).

3 этап '(стадия восстановления исходного состояния). Итак, в момент t2 скачком устанавливается «пых = = — иВЫКтах- Конденсатор С\ начинает разряжаться через резистор К от источника напряжения — [/вых max, притом T=/?CI. В момент ^3 напряжение на конденсаторе достигает uc(tz}=Q, открывается диод VI, который препятствует дальнейшему уменьшению напряжения на конденсаторе. В момент U стадия восстановления завершается, од-новибратор готов к приходу нового импульса на входе.

Мы исходили из того, что области р- и n-типов имеют одинаковую концентрацию примесей. В этом случае размеры /р и /„ переходов равны. Объемные заряды по обе стороны границы раздела полупроводников имеют разные знаки и создают электрическое поле р-к-пе-рсхода. Это поле напряженностью Е направлено в сторону от положительно заряженного слоя к отрицательно заряженному, т. е. от области n-типа к области р-типа. Оно является тормозящим для основных носителей и препятствует дальнейшему диффузионному перемещению основных носителей через р-и-переход, стремясь возвратить дырки в область р, а электроны —в область п. На 16.12 показано изменение напряженности поля ? и его потенциала вдоль оси х, перпендикулярной плоскости перехода, причем за нулевой потенциал принят потенциал на границе раздела областей. Из рисунка видно,

ионами доноров. За счет этого возникают электрическое поле, напряженность которого направлена в сторону от полупроводника к металлу, и потенциальный барьер. Поле препятствует дальнейшему движению электронов в металл, поэтому в состоянии равновесия уровень Ферми да! металла и для полупроводника становится единым. Образованный слой располагается в полупроводнике, так как он обладает удельным сопротивлением значительно большим, чем удельное сопро-тикление металла.

редь, диффундируют в полупроводник n-типа, в результате чего * приконтактном слое полупроводника р-типа возникнет отрицательный заряд ионов акцепторной примеси. Таким образом, область раздела полупроводников n-и р-типа окажется обедненной свободными носителями заряда и, несмотря на малую ширину d » 10~e-MO~8 м, будет обладать большим сопротивлением, во много раз превышающим сопротивление остальной части полупроводников. Наличие отрицательного -и положительного объемного зарядов приводит к образованию электрического поля, которое препятствует дальнейшему диффузионному потоку носителей заряда. В равновесное состояние система приходит при условии равенства потоков свободных носителей заряда, вызванных градиентом их концентраций и диэлектрическим полем объемного заряда. Теперь рассмотрим, что произойдет, если к р-«-переходу приложить внешнее напряжение. Пусть к р-области присоединен положительный полюс питания, а к л-области — отрицательный. Такое внешнее поле будет направлено навстречу электрическому полю, обусловленному объемными зарядами. При этом основные носители заряда в р- и «-полупроводниках, имеющие наибольшую энергию, получают возможность проникать через обедненный слой в области, где они оказываются неосновными носителями заряда и рекомбинируют. Такое направленное движение носителей заряда является электрическим током, и можно сказать, что электронно-дырочный переход при такой полярности внешнего напряжения будет «открыт» и через него потечет прямой ток.