Бодит хагас дамжуулагч төхөөрөмжид pn уулзварыг ашиглах үед түүнд гадны хүчдэл хэрэглэж болно. Энэ хүчдэлийн хэмжээ ба туйлшрал нь уулзварын үйл ажиллагаа болон түүгээр дамжин өнгөрөх цахилгаан гүйдлийг тодорхойлдог. Хэрэв цахилгаан тэжээлийн эерэг туйл холбогдсон бол х-бүс нутаг, сөрөг – to n- талбар, дараа нь асаана p-n-шилжилтийг шууд гэж нэрлэдэг. Заасан туйлшралыг өөрчлөх үед асаана p-n-шилжилтийг урвуу гэж нэрлэдэг.
Шууд холбогдсон үед p-n-шилжилт, гадаад хүчдэл нь дотоод тархалтын талбайн эсрэг чиглэлтэй уулзварт талбар үүсгэдэг, Зураг 2. Үүссэн талбайн хүч буурч, энэ нь блоклох давхаргын нарийсалт дагалддаг. Үүний үр дүнд олон тооны дийлэнх цэнэгийн тээвэрлэгчид хөрш зэргэлдээ бүс нутагт тархах чадвартай байдаг (шилжилтийн хил дээр гарч буй цөөнхийн тээвэрлэгчдийн тооноос хамаардаг тул шилжилтийн гүйдэл өөрчлөгдөхгүй), өөрөөр хэлбэл. Үүссэн гүйдэл нь голчлон тархалтын бүрэлдэхүүнээр тодорхойлогддог уулзвараар урсах болно. Тархалтын гүйдэл нь боломжит саадын өндрөөс хамаардаг ба буурах тусам экспоненциалаар нэмэгддэг.
Уулзвараар дамжин цэнэглэгчдийн тархалт ихсэх нь бүс дэх нүхний концентрацийг нэмэгдүүлэхэд хүргэдэг. n-төрөл ба электронууд х- төрөл. Уулзварт хэрэглэсэн гадны хүчдэлийн нөлөөгөөр цөөнхийн зөөвөрлөгчийн концентрацийн энэхүү өсөлтийг цөөнхийн тээвэрлэгчийн тарилга гэж нэрлэдэг. Тэнцвэргүй цөөнхийн тээвэрлэгчид хагас дамжуулагчийн гүнд тархаж, цахилгааны саармаг байдлыг алдагдуулдаг. Хагас дамжуулагчийн төвийг сахисан төлөвийг сэргээх нь гадаад эх үүсвэрээс цэнэгийн тээвэрлэгч ирсэнтэй холбоотой юм. Энэ нь шууд гэж нэрлэгддэг гадаад хэлхээнд гүйдэл үүсэх шалтгаан юм.
Асаах үед p-n-урвуу чиглэлд шилжих, гадаад урвуу хүчдэл нь тархалтын нэг чиглэлд давхцах цахилгаан орон үүсгэдэг бөгөөд энэ нь боломжит саадыг нэмэгдүүлж, блоклох давхаргын өргөнийг нэмэгдүүлэхэд хүргэдэг, Зураг 3. Энэ бүхэн ихэнх тээвэрлэгчдийн тархалтын гүйдэл. Үндсэн бус хэвлэл мэдээллийн хэрэгслийн хувьд талбар нь p-n- уулзвар хурдатгалтай хэвээр байгаа тул шилжилтийн гүйдэл өөрчлөгдөхгүй.
Тиймээс үүссэн гүйдэл нь голчлон цөөнхийн зөөвөрлөгчийн гүйдлээр тодорхойлогддог уулзвараар урсах болно. Цөөнхийн тээвэрлэгчдийн тоо нь хэрэглэсэн хүчдэлээс хамаардаггүй (энэ нь зөвхөн тэдний хурдад нөлөөлдөг) тул урвуу хүчдэл нэмэгдэх тусам уулзвараар дамжих гүйдэл нь хязгаарлах утга руу чиглэнэ. I С, үүнийг ханалтын гүйдэл гэж нэрлэдэг. Донор ба хүлээн авагч хольцын агууламж өндөр байх тусам ханалтын гүйдэл бага байх ба температур нэмэгдэхийн хэрээр ханалтын гүйдэл экспоненциалаар нэмэгддэг.
1.3. p-n уулзварын одоогийн хүчдэлийн шинж чанар
Дамжуулах гүйдлийн хамаарал p-n-түүнд өгсөн хүчдэлээс шилжих I = е(У) одоогийн хүчдэлийн шинж чанар гэж нэрлэдэг p-n-шилжилт, Зураг 4.
Электрон нүхний шилжилтийн одоогийн хүчдлийн шинж чанарыг тэгшитгэлээр тодорхойлно Эберс-Молл:
, (1)
Хаана I– хүчдэлийн үед уулзвараар дамжих гүйдэл У;
I С– цөөнхийн цэнэгийн тээвэрлэгчдийн үүсгэсэн ханалтын гүйдэл. I Сцөөнхийн тээвэрлэгчдийн концентраци нь температураас хамаардаг тул дулааны гүйдэл гэж нэрлэдэг;
q д- электрон цэнэг;
к- Больцманы тогтмол;
Т- үнэмлэхүй температур;
– шилжилтийн температурын потенциал, ойролцоогоор тасалгааны температурт 0.025 В = 25 мВ хүртэл тэнцүү байна.
Хэрэв р-н- шилжилтийг урагш чиглэлд асаасан, хүчдэл У нэмэх тэмдэгтэй, эсрэгээр байвал хасах тэмдгээр авна.
Шууд хэрэглэсэн хүчдэлтэй 
нэр томъёотой харьцуулахад нэгийг үл тоомсорлож болно 
, ба одоогийн хүчдэлийн шинж чанар нь цэвэр экспоненциал шинж чанартай байх болно.
Урвуу (сөрөг) хүчдэлтэй 
хугацаа 
эв нэгдэлтэй харьцуулахад үл тоомсорлож болох бөгөөд гүйдэл нь тэнцүү болж хувирдаг 
.
Гэсэн хэдий ч Eq. Эберс-МоллЭнэ нь хагас дамжуулагчид тохиолддог олон тооны физик процессуудыг харгалздаггүй тул бодит гүйдлийн хүчдэлийн шинж чанаруудтай ойролцоогоор давхцдаг. Ийм үйл явц нь: блоклох давхарга дахь зөөвөрлөгчийг үүсгэх, дахин нэгтгэх, гадаргуугийн нэвчилт, төвийг сахисан бүсүүдийн эсэргүүцэл дэх хүчдэлийн уналт, дулаан, нуранги, хонгилын эвдрэлийн үзэгдлүүд орно.
Хэрэв уулзвараар урсах гүйдэл нь ач холбогдолгүй бол төвийг сахисан бүсүүдийн эсэргүүцэл дээрх хүчдэлийн уналтыг үл тоомсорлож болно. Гэсэн хэдий ч гүйдэл нэмэгдэхийн хэрээр энэ процесс нь төхөөрөмжийн одоогийн хүчдэлийн шинж чанарт улам их нөлөө үзүүлдэг, i.e. түүний бодит шинж чанар нь бага өнцгөөр явж, саадны давхарга дээрх хүчдэл нь контактын потенциалын зөрүүтэй тэнцүү болоход шулуун шугам болж хувирдаг.
Тодорхой урвуу хүчдэлийн үед урвуу гүйдлийн огцом өсөлт ажиглагдаж байна. Энэ үзэгдлийг шилжилтийн эвдрэл гэж нэрлэдэг. Хонгил, нуранги, дулааны гэсэн гурван төрлийн эвдрэл байдаг. Хонгил, нуранги эвдрэл нь цахилгааны эвдрэлийн төрөл бөгөөд уулзвар дахь цахилгаан талбайн хүч нэмэгдэж байгаатай холбоотой. Дулааны эвдрэл нь уулзварын хэт халалтаар тодорхойлогддог.
Туннелийн эффект (Зенер эффект) нь валентийн электронуудыг нэг хагас дамжуулагчаас нөгөөд шууд шилжүүлэхээс бүрддэг (тэдгээр нь аль хэдийн чөлөөт цэнэг зөөгч байх болно) бөгөөд энэ нь шилжилтийн үед өндөр цахилгаан талбайн хүч чадалд боломжтой болдог. Уулзвар дээрх ийм өндөр цахилгаан талбайн хүчийг доторх хольцын өндөр концентрацитай үед олж авах боломжтой х- Тэгээд n-шилжилтийн зузаан маш бага болдог газрууд.
Өргөн p-n-дунд болон бага агууламжтай хольц бүхий хагас дамжуулагчаас үүссэн уулзварууд, электронуудын хонгилд алдагдах магадлал буурч, нуранги нурах магадлал нэмэгддэг.
Хагас дамжуулагч дахь электроны дундаж чөлөөт зам нь уулзварын зузаанаас хамаагүй бага байх үед нуранги эвдрэл үүсдэг. Хэрэв чөлөөт хөдөлгөөний явцад электронууд шилжилтийн үед атомыг ионжуулахад хангалттай кинетик энергийг хуримтлуулж байвал цэнэгийн тээвэрлэгчдийн нуранги үржлийн хамт нөлөөллийн иончлол үүсдэг. Нөлөөллийн иончлолын үр дүнд үүссэн чөлөөт цэнэгийн тээвэрлэгчид урвуу шилжилтийн гүйдлийг нэмэгдүүлдэг.
Дулааны эвдрэл нь цэнэгийн тээвэрлэгчдийн тоо мэдэгдэхүйц нэмэгдсэнтэй холбоотой юм p-n-дулааны горимыг зөрчсөний улмаас шилжилт. Уулзвар руу эрчим хүч нийлүүлсэн П arr = Iарр. Ухог хаягдлыг халаахад зарцуулдаг. Саад давхаргад ялгарах дулааныг голчлон болор торны дулаан дамжилтын илтгэлцүүрээс шалтгаалан арилгадаг. Уулзвараас дулааныг зайлуулах муу нөхцөлд, түүнчлэн уулзвар дээрх урвуу хүчдэл нь эгзэгтэй утгаас дээш гарах үед атомын дулааны ионжилт үүсэх температур хүртэл халаах боломжтой. Энэ тохиолдолд үүссэн цэнэгийн тээвэрлэгчид уулзвараар урвуу гүйдлийг ихэсгэх бөгөөд энэ нь цаашдын халаалтад хүргэдэг. Ийм өсөн нэмэгдэж буй үйл явцын үр дүнд шилжилт нь хүлээн зөвшөөрөгдөөгүй халж, дулааны эвдрэл үүсдэг бөгөөд энэ нь болорыг устгах замаар тодорхойлогддог.
Уулзварыг халаах үед цэнэгийн тээвэрлэгчдийн тоо нэмэгдэх нь түүний эсэргүүцэл ба түүн дээр үүссэн хүчдэл буурахад хүргэдэг. Үүний үр дүнд сөрөг дифференциал эсэргүүцэлтэй хэсэг нь дулааны эвдрэлийн үед одоогийн хүчдэлийн шинж чанарын урвуу салбар дээр гарч ирдэг.
-Энэ нь нэг талст дахь электрон ба нүхний дамжуулагч гадаргууг тусгаарлах бүс юм.
Электрон нүхний уулзвар нь нэг талстаар хийгдсэн бөгөөд электрон ба нүхний дамжуулалтын бүсүүдийн хооронд нэлээд хурц хил хязгаарыг олж авдаг.
Зураг дээр хагас дамжуулагчийн хоёр зэргэлдээх бүсийг харуулсан бөгөөд тэдгээрийн нэг нь донор хольц (электрон, өөрөөр хэлбэл n-дамжуулагчийн муж), нөгөө нь хүлээн авагч хольц (нүхний дамжуулалтын бүс, өөрөөр хэлбэл p-дамжуулагч) агуулдаг. ). Энэ эсвэл өөр төрлийн хагас дамжуулагч хэрхэн үүсдэгийг ойлгохын тулд нийтлэлийг уншихыг зөвлөж байна.Хагас дамжуулагч хольц.
Хэрэглэсэн хүчдэл байхгүй тохиолдолд ихэнх цэнэгийн тээвэрлэгчдийн нэг бүсээс нөгөөд тархалт ажиглагдаж байна. Электронууд нь гол цэнэг тээвэрлэгч бөгөөд n мужид тэдгээрийн концентраци их байдаг тул тэдгээр нь p мужид тархаж, энэ бүсийн хилийн давхаргыг сөргөөр цэнэглэдэг. Гэвч электронууд байраа орхин хоосон орон зай - нүх үүсгэдэг бөгөөд ингэснээр n-бүс нутгийн хилийн давхаргыг эерэгээр цэнэглэдэг. Ийнхүү нэлээд богино хугацааны дараа интерфэйсийн хоёр талд эсрэг тэмдэгт зайны цэнэгүүд үүсдэг.
Сансрын цэнэгийн улмаас үүссэн цахилгаан орон нь нүх, электронуудын цаашдын тархалтаас сэргийлдэг. гэж нэрлэгддэг зүйл байдаг боломжит саад тотгор, өндөр нь хилийн давхаргын боломжит зөрүүгээр тодорхойлогддог.
Электрон нүхний уулзвар нь гаднах загвартаа хагас дамжуулагч диод хэлбэрээр хэрэгждэг.
Хэрэв электрон нүхний уулзварт гаднах хүчдэлийг өгвөл эх үүсвэрийн сөрөг туйлыг электрон дамжуулалттай мужтай, эерэг туйлыг нүхний дамжуулагчтай мужтай холбосон бол хүчдэлийн чиглэл. гадаад эх үүсвэр нь p-n уулзварын цахилгаан талбайн шинж тэмдгийн эсрэг байх бөгөөд энэ нь p-n уулзвараар дамжих гүйдлийг нэмэгдүүлэхэд хүргэдэг. үүснэшууд гүйдэл,Энэ нь үндсэн цэнэг тээгчдийн хөдөлгөөнөөс үүсэх бөгөөд манай тохиолдолд энэ нь p мужаас n муж руу нүхний хөдөлгөөн, n мужаас p муж руу электрон шилжих явдал юм. Цоорхойнууд электронуудын хөдөлгөөний эсрэг хөдөлдөг тул гүйдэл нь нэг чиглэлд урсдаг гэдгийг та мэдэх ёстой. Энэ холболтыг нэрлэдэгшууд. Гүйдлийн хүчдэлийн шинж чанарт ийм холболт нь эхний квадрат дахь графикийн хэсэгтэй тохирно.
Гэхдээ хэрэв та p-n уулзварт хэрэглэсэн хүчдэлийн туйлшралыг эсрэгээр нь өөрчилбөл хилийн давхаргын электронууд интерфэйсээс эх үүсвэрийн эерэг туйл руу, нүхнүүд сөрөг тал руу шилжиж эхэлнэ. Үүний үр дүнд чөлөөт электронууд ба нүхнүүд хилийн давхаргаас холдож, улмаар цэнэг зөөгч бараг байхгүй давхарга үүсгэдэг. Үүний үр дүнд pn уулзвар дахь гүйдэл хэдэн арван мянган удаа буурч, үүнийг ойролцоогоор тэгтэй тэнцүү гэж үзэж болно. Босож байна урвуу гүйдэл, энэ нь үндсэн цэнэг тээвэрлэгчээр үүсгэгдээгүй Энэ холболт гэж нэрлэгддэг урвуу. Гүйдлийн хүчдэлийн шинж чанарт ийм холболт нь гурав дахь квадрат дахь графикийн хэсэгтэй тохирно.
Одоогийн хүчдэлийн шинж чанар
Электрон нүхний уулзварыг шууд холбох үед хүчдэл нэмэгдэх тусам гүйдэл нэмэгддэг. Урвуу байдлаар холбогдсон үед гүйдэл нь ханалтын гүйдэл гэж нэрлэгддэг I us-ийн утгад хүрдэг.Хэрэв та дахин асаах үед хүчдэлийг үргэлжлүүлэн нэмэгдүүлбэл диодын эвдрэл гарч болзошгүй. Энэ шинж чанарыг янз бүрийн zener диод гэх мэтэд ашигладаг.
Pn уулзваруудын шинж чанарыг электроник, тухайлбал диод, транзистор болон бусад хагас дамжуулагчдад өргөн ашигладаг.
p-n (pe-en) уулзвар нь хоёр p- ба n төрлийн хагас дамжуулагчийн уулзвар дахь орон зайн муж бөгөөд нэг төрлийн дамжуулалтаас нөгөөд шилжих шилжилтийг хийдэг бөгөөд ийм шилжилтийг электрон нүхний шилжилт гэж нэрлэдэг.
Хоёр төрлийн хагас дамжуулагч байдаг: p ба n төрөл. n төрлийн хувьд үндсэн цэнэг тээгч нь электронууд , мөн p - төрөлд гол нь эерэг цэнэгтэй байна нүх. Атомоос электроныг салгаж, оронд нь эерэг нүх үүссэний дараа эерэг нүх гарч ирнэ.
P-n уулзвар хэрхэн ажилладагийг ойлгохын тулд та түүний бүрэлдэхүүн хэсгүүдийг, өөрөөр хэлбэл p ба n төрлийн хагас дамжуулагчийг судлах хэрэгтэй.
P ба n төрлийн хагас дамжуулагчийг монокристалл цахиурын үндсэн дээр хийдэг бөгөөд энэ нь маш өндөр цэвэршилттэй байдаг тул бага зэргийн хольц (0.001% -иас бага) нь түүний цахилгаан шинж чанарыг эрс өөрчилдөг.
n төрлийн хагас дамжуулагчийн хувьд үндсэн цэнэг тээвэрлэгчид байдаг электронууд . Тэдгээрийг олж авахын тулд тэд ашигладаг донорын хольц, цахиурт нэвтрүүлсэн,- фосфор, сурьма, хүнцэл.
P хэлбэрийн хагас дамжуулагчийн хувьд үндсэн цэнэгийн тээвэрлэгчид эерэг цэнэгтэй байдаг нүхнүүд . Тэдгээрийг олж авахын тулд тэд ашигладаг хүлээн авагч хольц — хөнгөн цагаан, бор
Хагас дамжуулагч n - төрөл (цахим дамжуулалт)
Бохирдуулсан фосфорын атом нь ихэвчлэн болор торны хэсгүүдэд үндсэн атомыг орлуулдаг. Энэ тохиолдолд фосфорын атомын дөрвөн валентийн электрон нь хөрш дөрвөн цахиурын атомын дөрвөн валентийн электронтой холбогдож, найман электроноос тогтсон бүрхүүл үүсгэнэ. Фосфорын атомын тав дахь валентийн электрон нь түүний атомтай сул холбоотой болж, гадны хүчний нөлөөн дор (торны дулааны чичиргээ, гадаад цахилгаан орон) амархан чөлөөтэй болж, үүсдэг. чөлөөт электронуудын концентраци нэмэгдсэн . Кристал нь электрон эсвэл n төрлийн дамжуулалтыг олж авдаг . Энэ тохиолдолд электронгүй фосфорын атом нь эерэг цэнэгтэй цахиурын болор тортой хатуу холбогддог бөгөөд электрон нь хөдөлгөөнт сөрөг цэнэг юм. Гадны хүч байхгүй тохиолдолд тэд бие биенээ нөхдөг, өөрөөр хэлбэл цахиураар n-төрөлчөлөөт дамжуулагч электронуудын тоог тодорхойлноОруулсан донорын хольцын атомын тоо.
Хагас дамжуулагч p - төрөл (нүх дамжуулах чанар)
Гуравхан валентын электронтой хөнгөн цагаан атом нь хөрш цахиурын атомуудтай тогтвортой найман электрон бүрхүүлийг бие даан үүсгэж чадахгүй, учир нь үүний тулд ойролцоо байрлах цахиурын атомуудын аль нэгээс авдаг өөр электрон хэрэгтэй. Электронгүй цахиурын атом нь эерэг цэнэгтэй бөгөөд хөрш зэргэлдээх цахиурын атомаас электроныг шүүрэн авч чаддаг тул нүх гэж нэрлэгддэг болор тортой холбоогүй хөдөлгөөнт эерэг цэнэг гэж үзэж болно. Электроныг барьж авсан хөнгөн цагааны атом нь сөрөг цэнэгтэй төв болж, болор тортой хатуу холбогддог. Ийм хагас дамжуулагчийн цахилгаан дамжуулах чанар нь нүхний хөдөлгөөнөөс шалтгаалдаг тул үүнийг p хэлбэрийн нүхний хагас дамжуулагч гэж нэрлэдэг. Нүхний концентраци нь хүлээн авагч хольцын атомуудын тоотой тохирч байна.
Цахилгаан шилжилт
Цахилгаан шилжилтХагас дамжуулагчийн хувьд физик шинж чанар нь мэдэгдэхүйц физик ялгаатай хоёр муж хоорондын хилийн давхаргыг нэрлэдэг.
Дараах төрлийн цахилгаан шилжилтийг ялгадаг.
§ электрон нүх, эсвэл p-n уулзвар- өөр өөр төрлийн цахилгаан дамжуулах чадвартай хагас дамжуулагчийн хоёр муж хоорондын шилжилт;
§ хоёр муж хоорондын шилжилт, хэрэв тэдгээрийн нэг нь металл, нөгөө нь хагас дамжуулагч бол p-эсвэл n-төрөл ( металл-хагас дамжуулагчийн шилжилт);
§ хольцын агууламжаар ялгаатай ижил төрлийн цахилгаан дамжуулалт бүхий хоёр талбайн хоорондох шилжилт;
§ өөр өөр зурвас бүхий хоёр хагас дамжуулагч материалын хоорондох шилжилт ( гетерогцолцоо).
Хэд хэдэн хагас дамжуулагч төхөөрөмжүүдийн (диод, транзистор, тиристор гэх мэт) үйл ажиллагаа нь янз бүрийн төрлийн дамжуулагчтай хагас дамжуулагчийн хооронд холбоо тогтооход үүсдэг үзэгдлүүд дээр суурилдаг.
Нэг талст цахилгаан дамжуулах чадвартай хагас дамжуулагч нэг талст хоёр бүсийн хоорондох хил х, нөгөө нь адилхан nэлектрон нүхний шилжилт гэж нэрлэдэг. Бүс нутаг дахь үндсэн цэнэг тээгчдийн концентраци хТэгээд nтэнцүү эсвэл мэдэгдэхүйц ялгаатай байж болно. P–n-Цооног ба электронуудын концентраци нь N p N n-тэй бараг тэнцүү байх шилжилтийг тэгш хэмт гэж нэрлэдэг. Хэрэв үндсэн цэнэгийн тээвэрлэгчдийн концентраци өөр байвал (N p >> N n эсвэл N p<< N n) и отличаются в 100…1000 раз, то такие переходы называют тэгш бус.
Тэгш бус p–n-шилжилт нь тэгш хэмтэй шилжилтээс илүү өргөн хэрэглэгддэг тул ирээдүйд зөвхөн тэдгээрийг авч үзэх болно.
Хагас дамжуулагч дан болорыг авч үзье (Зураг 1.12), үүнд нэг талаас хүлээн авагч хольц орж ирдэг бөгөөд энэ нь харагдах байдлыг үүсгэдэг.
цахилгаан дамжуулалтын төрөл х, нөгөө талаас донорын хольцыг нэвтрүүлсэн бөгөөд үүний улмаас цахилгаан дамжуулах чанар нь тэнд гарч ирэв. n. Бүс нутгийн хөдөлгөөнт эерэг цэнэг тээвэрлэгч бүр х(нүх) нь хүлээн авагч хольцын сөрөг цэнэгтэй ионтой тохирч байгаа боловч хөдөлгөөнгүй, болор торны зангилаа болон бүс нутагт байрладаг. nЧөлөөт электрон бүр нь донорын хольцын эерэг цэнэгтэй ионтой тохирч, үүний үр дүнд нэг талст бүхэлдээ цахилгаан саармаг хэвээр байна.
Цахилгаан цэнэгийн чөлөөт тээвэрлэгчид концентрацийн градиентийн нөлөөн дор өндөр концентрацитай газраас бага концентрацитай газар руу шилжиж эхэлдэг. Тиймээс нүхнүүд тухайн газраас тархах болно хбүс нутаг руу n, электронууд нь эсрэгээр нь бүс нутгаас байдаг nбүс нутаг руу х. Бие бие рүүгээ чиглэсэн цахилгаан цэнэгийн хөдөлгөөн нь диффузын гүйдлийг үүсгэдэг p–n- шилжилт. Гэхдээ нүх нь талбайгаас гармагц хбүс рүү шилжих болно n, энэ нь бүс нутгийн цахилгаан цэнэгийн гол тээвэрлэгч болох электронуудаар хүрээлэгдсэн байдаг. n. Иймээс электрон чөлөөт түвшинг дүүргэж, рекомбинацийн үзэгдэл үүсэх магадлал өндөр бөгөөд үүний үр дүнд нүх ч үгүй, электрон ч байхгүй, харин цахилгаан саармаг хагас дамжуулагч атом үлдэх болно. Гэхдээ хэрэв өмнө нь нүх тус бүрийн эерэг цахилгаан цэнэгийг тухайн бүс нутагт хүлээн авагч хольцын ионы сөрөг цэнэгээр нөхдөг байсан бол х, электрон цэнэг нь тухайн бүс дэх донорын хольцын ионы эерэг цэнэг юм n, дараа нь нүх ба электроныг дахин нэгтгэсний дараа энэ нүх болон электроныг үүсгэсэн хөдөлгөөнгүй хольцын ионуудын цахилгаан цэнэгүүд нөхөн төлөгдөөгүй хэвээр байв. Юуны өмнө, бохирдлын ионуудын нөхөн олгогдоогүй цэнэг нь нарийн цоорхойгоор тусгаарлагдсан зайны цэнэгийн давхарга үүсдэг интерфейсийн ойролцоо (Зураг 1.13) илэрдэг. Эдгээр цэнэгийн хооронд эрчимтэй цахилгаан орон үүсдэг Э, үүнийг боломжит саадын талбар гэж нэрлэдэг бөгөөд энэ талбарыг тодорхойлох хоёр бүсийн хоорондох интерфэйс дэх потенциалын зөрүүг контактын потенциалын зөрүү гэж нэрлэдэг.
Энэхүү цахилгаан орон нь цахилгаан цэнэгийн хөдөлгөөнт зөөгч дээр ажиллаж эхэлдэг. Тиймээс, талбайн нүхнүүд х- энэ талбайн үйл ажиллагааны бүсэд нэвтэрч буй гол тээвэрлэгчид түүнээс дарангуйлах, зэвүүцэх нөлөө үзүүлж, энэ талбайн хүчний шугамын дагуу хөдөлж, талбай руу гүнзгий түлхэгдэнэ. х. Үүний нэгэн адил бүс нутгаас электронууд n, боломжит саад бэрхшээлийн талбайн хязгаарт орох нь түүгээр тухайн бүс рүү илүү гүнзгий түлхэгдэнэ n. Тиймээс боломжит саадтай талбар ажиллаж байгаа нарийн бүсэд чөлөөт цахилгаан цэнэг зөөгч бараг байдаггүй давхарга үүсдэг бөгөөд үүний үр дүнд өндөр эсэргүүцэлтэй байдаг. Энэ нь саад тотгор гэж нэрлэгддэг давхарга юм.
Хэрэв тухайн бүсэд байгаа бол хХэрэв энэ бүс нутагт цөөнхийн тээвэрлэгч болох чөлөөт электрон ямар нэгэн байдлаар интерфэйсийн ойролцоо орвол боломжит саадын цахилгаан талбараас хурдасгах нөлөө үзүүлэх бөгөөд үүний үр дүнд энэ электрон интерфэйс дээгүүр шидэгдэх болно. бүс нутаг руу n, хаана нь гол тээвэрлэгч байх болно. Үүний нэгэн адил, хэрэв тухайн газарт байгаа бол nХэрэв цөөнхийн тээвэрлэгч (нүх) гарч ирвэл болзошгүй саад тотгорын нөлөөн дор энэ бүс нутагт хаягдах болно. х, энэ нь аль хэдийн гол тээвэрлэгч байх болно. Цөөнхийн хэвлэл мэдээллийн хэрэгслээр дамжуулан хөдөлгөөн p–n- боломжит саад тотгорын цахилгаан талбайн нөлөөн дор шилжих шилжилт нь шилжилтийн гүйдлийн бүрэлдэхүүнийг тодорхойлдог.
Гадны цахилгаан орон байхгүй тохиолдолд цахилгаан цэнэгийн олонх ба цөөнхийн тээвэрлэгчдийн урсгалын хооронд динамик тэнцвэр тогтдог. Энэ нь гүйдлийн тархалт ба шилжилтийн бүрэлдэхүүн хэсгүүдийн хооронд байна p–n-шилжилт, учир нь эдгээр бүрэлдэхүүн хэсгүүд бие бие рүүгээ чиглэсэн байдаг.
Боломжит диаграм p–n- шилжилтийг Зураг дээр үзүүлэв. 1.13, бүс хоорондын зааг дахь потенциалыг тэг потенциал гэж авна. Холбоо барих боломжит ялгаа нь интерфэйс дээрх өндөртэй боломжит саадыг үүсгэдэг. Диаграмм нь тархалтын улмаас баруунаас зүүн тийш шилжих хандлагатай электронуудын боломжит саадыг (бүс нутгаас) харуулж байна. nбүс нутаг руу х). Хэрэв бид эерэг потенциалыг дээшлүүлбэл зүүнээс баруун тийш (бүсээс) тархаж буй нүхний боломжит саадыг дүрсэлж болно. хбүс нутаг руу n).
Гадны цахилгаан орон байхгүй, динамик тэнцвэрийн нөхцөлд хагас дамжуулагч талст дахь дамжуулалтын хоёр мужид нэг Ферми түвшин тогтоогддог.
Гэсэн хэдий ч хагас дамжуулагчаас хойш х- Ферми түвшний төрөл
валентын зурвасын дээд тал руу шилждэг ба хагас дамжуулагчид n-төрөл -
Дамжуулах туузны ёроолд, дараа нь өргөнөөр p–n-шилжилт, энергийн зурвасын диаграмм (Зураг 1.14) нугалж, боломжит саад үүснэ:
бүс дэх электрон даван туулах ёстой энергийн саад хаана байна nИнгэснээр тэр газар руу явж болно х, эсвэл талбайн нүхэнд үүнтэй төстэй хТиймээс тэр бүс рүү нүүж чадна n .
Боломжит саад тотгорын өндөр нь хольцын концентрацаас хамаардаг, учир нь энэ нь өөрчлөгдөхөд Ферми түвшин өөрчлөгдөж, зурвасын дундаас дээд эсвэл доод хил рүү шилждэг.
1.7.2. p-n уулзварын хаалганы шинж чанар
P–n-уулзвар нь гүйх гүйдлийн чиглэлээс хамаарч цахилгаан эсэргүүцлээ өөрчлөх шинж чанартай. Энэ өмчийг нэрлэдэг хавхлага, мөн ийм шинж чанартай төхөөрөмжийг дууддаг цахилгаан хавхлага.
Ингээд авч үзье p–n- Зурагт үзүүлсэн туйлшралтай Uin гадаад хүчдэлийн эх үүсвэр холбогдсон уулзвар. 1.15, талбай руу "+" х-"-" гэж бичнэ n- төрөл. Энэ холболтыг нэрлэдэг шууд холболт p–n-шилжилт (эсвэл p-n уулзварын шууд хазайлт). Дараа нь гадаад эх үүсвэрийн цахилгаан орны хүч Э Vn нь боломжит саадын талбайн хүч рүү чиглэнэ Эулмаар үүссэн хурцадмал байдлыг багасгахад хүргэнэ Эхариу:
E зүсэлт = E - E in , (1.14).
Энэ нь эргээд боломжит саад тотгорын өндрийг бууруулж, зэргэлдээх бүсэд интерфэйсээр дамжих гол тээвэрлэгчдийн тоог нэмэгдүүлэхэд хүргэдэг бөгөөд энэ нь урагшлах гүйдэл гэж нэрлэгддэг. p–n- шилжилт. Энэ тохиолдолд боломжит саад тотгорын талбайн гол тээвэрлэгч дээр дарангуйлах, түлхэх нөлөө багасч, блоклох давхаргын өргөн багасна ('< ) и, соответственно, уменьшается его сопротивление.
Гадаад хүчдэл нэмэгдэхийн хэрээр шууд гүйдэл p–n-шилжилт нэмэгддэг. Интерфейсийг дайран өнгөрсний дараа дийлэнх тээвэрлэгчид хагас дамжуулагчийн эсрэг бүсэд цөөнхийн тээвэрлэгчид болж, гүнзгийрсэний дараа энэ бүсийн ихэнх тээвэрлэгчидтэй дахин нэгддэг. Гэхдээ гадаад эх үүсвэр холбогдсон үед уулзвараар дамжин өнгөрөх гүйдэл нь гадаад хэлхээнээс электронуудын тасралтгүй урсгалаар хадгалагдана. n-бүс нутаг, тэдгээрийн явах х-гадна хэлхээнд орох хэсгүүд, үүнээс үүдэн нүхний концентраци үүсдэг х- бүс нутгууд
дамжуулан цэнэг тээвэрлэгч нэвтрүүлэх p–n-Эдгээр дамжуулагчид цөөнх байдаг хагас дамжуулагчийн бүс рүү потенциал саадын өндөр буурах шилжилтийг гэнэ. цэнэглэгч дамжуулагч тарилга.
Нүхний бүсээс шууд гүйдэл урсах үед rэлектрон бүс рүү nнүхийг шахаж, электрон бүсээс электронуудыг нүхний бүсэд шахдаг.
Харьцангуй бага эсэргүүцэлтэй тарилгын давхарга гэж нэрлэдэг ялгаруулагч; цөөнхийн цэнэг зөөгчийг шахах давхарга - суурь.
Зураг дээр. Зураг 1.16-д урагш хазайлттай харгалзах энергийн зурвасын диаграммыг үзүүлэв p–n- шилжилт.
Хэрэв тэгвэл р-н- уулзвар руу эсрэг туйлтай "-" гадаад эх үүсвэрийг холбоно х-хэсэг рүү "+" гэж бичнэ үү n-төрөл (Зураг 1.17), дараа нь ийм холболтыг дуудна p-n уулзварын урвуу шилжих(эсвэл p-n уулзварын урвуу хазайлт).
Энэ тохиолдолд энэ эх үүсвэрийн цахилгаан талбайн хүч Э vn нь цахилгаан орны хүч чадалтай ижил чиглэлд чиглэнэ Эболзошгүй саад тотгор; боломжит саадын өндөр нэмэгдэж, ихэнх тээвэрлэгчдийн тархалтын гүйдэл бараг тэгтэй тэнцүү болно. Тоормослох, нийт цахилгаан талбайн үндсэн цэнэгийн тээвэрлэгчдэд түлхэц үзүүлэх нөлөө ихэссэнээр блоклох давхаргын өргөн (>) нэмэгдэж, эсэргүүцэл нь огцом нэмэгддэг.
Одоо дууслаа р–н-шилжилтийн үед дулааны шинж чанартай янз бүрийн ионжуулагч хүчин зүйлийн нөлөөн дор үүсдэг үндсэн тээвэрлэгчдийн интерфейс дэх нийт цахилгаан талбайн шилжилтийн улмаас маш бага гүйдэл урсах болно. Цөөнхийн хураамж тээвэрлэгчийг шилжүүлэх үйл явц гэж нэрлэдэг олборлолт. Энэ гүйдэл нь шилжилтийн шинж чанартай бөгөөд үүнийг нэрлэдэг p-n уулзварын урвуу гүйдэл.
Зураг дээр. Зураг 1.18-д урвуу хазайлттай харгалзах энергийн зурвасын диаграммыг үзүүлэв p–n- шилжилт.
Дүгнэлт:
1. P–n- Шилжилт нь хил дээр бий болсон х- Тэгээд n-хагас дамжуулагч дан болорт үүссэн мужууд.
2. руу тархсаны үр дүнд p–n-шилжилтийн үед цахилгаан орон үүснэ - хөрш зэргэлдээ бүс нутагт үндсэн цэнэгийн тээвэрлэгчдийн концентрацийг тэнцүүлэхээс сэргийлж болзошгүй саад тотгор.
3. Гадны хүчдэл байхгүй үед У vn v p–n-шилжилт, динамик тэнцвэрт байдал бий болно: тархалтын гүйдэл нь цөөн тооны цэнэгийн тээвэрлэгчдийн үүсгэсэн шилжилтийн гүйдэлтэй тэнцүү болж, дамжин өнгөрөх гүйдэл үүсдэг. p–n-шилжилт тэг болно.
4. Урагшаа хазайлттай p–n-шилжилтийн үед боломжит саад багасч, уулзвараар харьцангуй том тархалтын гүйдэл урсдаг.
5. Урвуу хазайлттай үед p–n-шилжилтийн үед потенциал саад нэмэгдэж, тархалтын гүйдэл тэг болж буурч, уулзвараар бага зэрэг шилжилтийн гүйдэл урсдаг. Энэ нь үүнийг харуулж байна p–n- уулзвар нь нэг талын дамжуулах чадвартай. Энэ өмчийг хувьсах гүйдлийг засахад өргөн ашигладаг.
6. Өргөн p–n-шилжилт нь: дахь хольцын агууламжаас хамаарна х- Тэгээд n-бүс нутаг, хэрэглэсэн гадаад хүчдэлийн тэмдэг, хэмжээ У ext. Хольцын агууламж нэмэгдэх тусам өргөн p–n-шилжилт буурч, эсрэгээр. Урд талын хүчдэл нэмэгдэхийн хэрээр өргөн p–n-шилжилт багасна. Урвуу хүчдэл нэмэгдэх тусам өргөн p–n-шилжилт нэмэгддэг.
1.7.3. p-n уулзварын вольт-амперийн шинж чанар
Одоогийн хүчдэлийн шинж чанар p–n-шилжилт гэдэг нь дамжин өнгөрөх гүйдлийн хамаарал юм p–n-түүнд хэрэглэсэн хүчдэлийн хэмжээнээс шилжих. Энэ нь хомсдолын давхаргын гадна цахилгаан орон байхгүй гэсэн таамаглал дээр үндэслэн тооцоолсон, i.e. бүх хүчдэлийг хэрэглэнэ p–n- шилжилт. Нийт дамжих гүйдэл p–n-шилжилтийг дөрвөн нөхцлийн нийлбэрээр тодорхойлно.
электрон шилжилтийн гүйдэл хаана байна;
Нүхний шилжилтийн гүйдэл;
Электрон тархалтын гүйдэл;
Нүхний тархалтын гүйдэл; нэвтэрсэн электронуудын концентраци r- бүс нутаг;
Шахсан нүхний концентраци n- бүс нутаг.
Үүний зэрэгцээ цөөнхийн тээвэрлэгчдийн концентраци n p0Тэгээд p n0хольцын агууламжаас хамаарна NpТэгээд Nnдараах байдлаар:
Хаана n i, p iэлектрон ба нүхний цэнэгийн тээвэрлэгчдийн (нэмэлтгүй) дотоод концентраци юм.
Тээвэрлэгчийн тархалтын хурд υ n, p ялгааТэдний хурдтай ойртохыг зөвшөөрч болно υ n, p drтэнцвэрийн нөхцлөөс бага зэргийн хазайлттай сул цахилгаан талбайд. Энэ тохиолдолд тэнцвэрийн нөхцлийн хувьд дараахь тэгшитгэлүүд хангагдана.
υ p ялгаа = υ p dr = υ p , υ n ялгаа = υ n dr = vn.
Дараа нь (1.15) илэрхийллийг дараах байдлаар бичиж болно.
, (1.16).
Урвуу гүйдлийг дараах байдлаар илэрхийлж болно.
Хаана Dn,p– нүх буюу электронуудын тархалтын коэффициент;
Ln, p– нүх буюу электронуудын тархалтын урт. Параметрүүдээс хойш Dn,p , p n0 , n p0 , Лн , х = температураас хамаарна, дараа нь урвуу гүйдлийг ихэвчлэн нэрлэдэг дулааны гүйдэл.
Гадаад эх үүсвэрээс шууд хүчдэлтэй ( У vn > 0) илэрхийлэл дэх экспоненциал нэр томъёо (1.16) хурдацтай нэмэгдэж байгаа нь шууд гүйдлийн хурдацтай өсөлтөд хүргэдэг бөгөөд энэ нь аль хэдийн тэмдэглэснээр голчлон тархалтын бүрэлдэхүүнээр тодорхойлогддог.
Гадаад эх үүсвэрээс урвуу хүчдэлтэй
() экспоненциал нэр томъёо нь нэгдэл ба одоогийнхоос хамаагүй бага байна р–н-шилжилт нь урвуу гүйдэлтэй бараг тэнцүү бөгөөд голчлон шилжилтийн бүрэлдэхүүнээр тодорхойлогддог. Энэ хамаарлын хэлбэрийг Зураг дээр үзүүлэв. 1.19. Эхний квадрат нь гүйдлийн хүчдэлийн шинж чанарын урд талын салааны хэсэгтэй, гурав дахь квадрат нь урвуу салбартай тохирч байна. Дамжуулах хүчдэл нэмэгдэхийн хэрээр гүйдэл р–н-Урагш чиглэлд шилжих шилжилт нь эхлээд харьцангуй удаан нэмэгдэж, дараа нь урагшлах гүйдлийн хурдацтай өсөлтийн хэсэг эхэлдэг бөгөөд энэ нь хагас дамжуулагчийн бүтцийг нэмэлт халаахад хүргэдэг. Хэрэв энэ тохиолдолд үүссэн дулааны хэмжээ нь хагас дамжуулагч болороос байгалийн аргаар эсвэл тусламжтайгаар ялгарсан дулааны хэмжээнээс давсан бол.
тусгай хөргөх төхөөрөмж, дараа нь болор торыг устгах хүртэл хагас дамжуулагчийн бүтцэд эргэлт буцалтгүй өөрчлөлт гарч болно. Тиймээс шууд гүйдэл р–н-шилжилтийг хагас дамжуулагчийн бүтцийг хэт халалтаас хамгаалах аюулгүй түвшинд хязгаарлах ёстой. Үүнийг хийхийн тулд цувралаар холбогдсон хязгаарлах резисторыг ашиглах шаардлагатай p–n- шилжилт.
Урвуу хүчдэл нэмэгдэж байгаа үед хэрэглэнэ р–н-шилжилтийн үед урвуу гүйдэл бага зэрэг өөрчлөгддөг, учир нь урвуу шилжих үед зонхилох гүйдлийн шилжилтийн бүрэлдэхүүн хэсэг нь голчлон болорын температураас хамаардаг ба урвуу хүчдэлийн өсөлт нь зөвхөн шилжилтийн хурдыг нэмэгдүүлэхэд хүргэдэг. цөөнхийн тээвэрлэгчид дугаараа өөрчлөхгүйгээр. Энэ байдал нь урвуу гүйдлийн эрчимтэй өсөлт эхлэх хүртэл урвуу хүчдэлийн утга хүртэл хадгалагдах болно - гэж нэрлэгддэг p-n уулзварын эвдрэл.
1.7.4. p-n уулзвар эвдрэлийн төрлүүд
Буцааж болох ба эргэлт буцалтгүй эвдрэл үүсэх боломжтой. Буцаж болох эвдрэл нь түүний дараа үүссэн эвдрэл юм p–n- шилжилтийн үйл ажиллагаа хэвээр байна. Эргэж буцахгүй эвдрэл нь хагас дамжуулагчийн бүтцийг устгахад хүргэдэг.
Нуранги, хонгил, дулааны болон гадаргуугийн гэсэн дөрвөн төрлийн эвдрэл байдаг. Цасан нуранги, хонгилын эвдрэлийг нэрийн дор нэгтгэнэ - цахилгаан эвдрэл, энэ нь буцах боломжтой. Дулааны болон гадаргуугийн эргэлт буцалтгүй байдал орно.
Цасан нуранги эвдрэлхагас дамжуулагчийн шинж чанар, ихээхэн зузаантай р–н-хөнгөн хольцтой хагас дамжуулагчаас үүссэн уулзвар. Энэ тохиолдолд хомсдолын давхаргын өргөн нь тээвэрлэгчдийн тархалтын уртаас хамаагүй их байна. Эвдрэл нь эрчимтэй хүчтэй цахилгаан орны нөлөөн дор үүсдэг Э(8…12) , .Цасан нурангид дулааны нөлөөн дор үүссэн цөөнхийн тээвэрлэгчид гол үүрэг гүйцэтгэдэг. р–н- шилжилт.
Эдгээр зөөгчийг цахилгаан талбараар шалгадаг р–н-шилжилт нь хурдасгах нөлөөтэй бөгөөд энэ талбайн хүчний шугамын дагуу хурдан хөдөлж эхэлдэг. Тодорхой эрчимтэй утгын хувьд дундаж чөлөөт зам дахь цөөнхийн цэнэгийн тээвэрлэгчид l (Зураг 1.20) нь ийм хурдыг хурдасгаж чаддаг тул тэдний кинетик энерги нь хагас дамжуулагч атомтай дараагийн мөргөлдөөний үед иончлоход хангалттай байх болно, өөрөөр хэлбэл. Түүний валентийн электронуудын аль нэгийг нь "цохиж", дамжуулалтын зурваст шидснээр электрон нүхний хос үүсгэнэ. Үүссэн зөөвөрлөгчид мөн цахилгаан талбарт хурдасч, бусад төвийг сахисан атомуудтай мөргөлдөж, улмаар үйл явц нь нуранги шиг нэмэгдэх болно. Энэ тохиолдолд урвуу гүйдлийн огцом өсөлт нь бараг тогтмол урвуу хүчдэлтэй байдаг.
Хүчтэй цахилгаан талбайн бүс нутагт нуранги үржих үйл явдлын тоогоор тодорхойлогддог цасан нуранги эвдрэлийг тодорхойлсон параметр нь нуралтын үржлийн коэффициент M юм. Нуранги үржүүлсний дараа урвуу гүйдлийн хэмжээ нь дараахь хэмжээтэй тэнцүү байна.
анхны гүйдэл хаана байна; У- хэрэглэсэн хүчдэл; У p – нуранги нуралтын хүчдэл; n– Ge-д 3, Si-д 5-тай тэнцүү коэффициент.
Тунелийн эвдрэлмаш нимгэн хэлбэрээр тохиолддог р–н-шилжилт, энэ нь хольцын маш өндөр концентрацитай үед боломжтой Н 10 19 см -3 шилжилтийн өргөн бага (ойролцоогоор 0.01 мкм) болон урвуу хүчдэлийн жижиг утгуудад (хэд хэдэн вольт), их хэмжээний цахилгаан талбайн градиент үүсэх үед. Кристал торны атомуудад үйлчилдэг өндөр цахилгаан талбайн хүч нь валентын электронуудын энергийг нэмэгдүүлж, валентын зурвасаас "нимгэн" энергийн саадыг (Зураг 1.21) дамжин туннелийн "нэвчих" -д хүргэдэг. х-дамжуулагчийн зурвас дахь бүсүүд n- бүс нутгууд Түүгээр ч зогсохгүй "алдагдах" нь цэнэгийн тээвэрлэгчдийн энергийг өөрчлөхгүйгээр явагддаг. Туннелийн эвдрэл нь мөн бараг тогтмол урвуу хүчдэлтэй урвуу гүйдлийн огцом өсөлтөөр тодорхойлогддог.
Хэрэв хоёр төрлийн цахилгаан эвдрэлийн урвуу гүйдэл нь зөвшөөрөгдөх дээд хэмжээнээс хэтрэхгүй бол
Хагас дамжуулагчийн болор бүтцийг халаах, устгах, тэдгээр нь буцаах боломжтой бөгөөд олон удаа хуулбарлах боломжтой.
Тепловэвдрэл гэж нэрлэдэг р–n-болорын температур нэмэгдэхийн хэрээр цэнэгийн тээвэрлэгчдийн тоо нэмэгдсэнээс үүссэн шилжилт. Урвуу хүчдэл ба гүйдэл нэмэгдэхийн хэрээр дулааны хүч ялгардаг р–н-шилжилт, үүний дагуу болор бүтцийн температур. Дулааны нөлөөн дор болор атомуудын чичиргээ эрчимжиж, тэдгээртэй валентийн электронуудын холбоо суларч, тэдгээрийн дамжуулалтын зурваст шилжих, нэмэлт электрон нүхний тээвэрлэгч хос үүсэх магадлал нэмэгддэг. Хэрэв цахилгаан эрчим хүч байгаа бол р–н-шилжилт нь зөвшөөрөгдөх дээд хэмжээнээс давсан тохиолдолд дулаан үүсэх процесс нь нуранги шиг нэмэгдэж, болор болон бүтцийн эргэлт буцалтгүй бүтцийн өөрчлөлт явагдана. р-н- шилжилт эвдэрсэн.
Дулааны эвдрэлээс урьдчилан сэргийлэхийн тулд дараахь нөхцлийг хангасан байх ёстой.
хамгийн их зөвшөөрөгдөх эрчим хүчний алдагдал хаана байна р-н- шилжилт.
Гадаргуугийн эвдрэл. Цахилгаан орны хүч чадлын хуваарилалт р–н- уулзвар нь хагас дамжуулагчийн гадаргуу дээрх цэнэгийг эрс өөрчилж чадна. Гадаргуугийн цэнэг нь уулзварын зузааныг ихэсгэх эсвэл багасгахад хүргэдэг бөгөөд үүний үр дүнд хагас дамжуулагчийн дийлэнх хэсгийг задлахад шаардагдах талбайн хүчнээс бага талбайн хүч чадалтай уулзварын гадаргуу дээр эвдрэл үүсч болно. Энэ үзэгдлийг гэж нэрлэдэг гадаргуугийн эвдрэл. Гадаргуугийн эвдрэл үүсэхэд гол үүрэг нь хагас дамжуулагчийн гадаргуутай хиллэдэг орчны диэлектрик шинж чанар юм. Гадаргуугийн эвдрэлийн магадлалыг бууруулахын тулд өндөр диэлектрик тогтмол бүхий тусгай хамгаалалтын бүрээсийг ашигладаг.
1.7.5. Хүчин чадал р–н- шилжилт
Гадаад хүчдэлийн өөрчлөлт p–n-шилжилт нь шавхагдах давхаргын өргөн, үүний дагуу түүнд хуримтлагдсан цахилгаан цэнэгийн өөрчлөлтөд хүргэдэг (энэ нь шилжилтийн ойролцоо тарьсан цэнэгийн тээвэрлэгчдийн концентраци өөрчлөгдсөнтэй холбоотой). Үүний үндсэн дээр p–n- уулзвар нь конденсатор шиг ажилладаг бөгөөд түүний багтаамж нь хуримтлагдсан өөрчлөлтийн харьцаагаар тодорхойлогддог. p–n- энэ өөрчлөлтийг үүсгэсэн цэнэгийг хэрэглэсэн гадаад хүчдэлд шилжүүлэх.
Ялгах саад(эсвэл цэнэглэгч) болон тархалтхүчин чадал р-н- шилжилт.
Саадын багтаамж нь урвуу холболттой тохирч байна p–n- энгийн конденсатор гэж тооцогддог уулзвар, ялтсууд нь шавхагдах давхаргын хил хязгаар бөгөөд шавхалтын давхарга нь диэлектрикийн алдагдал ихэссэн төгс бус диэлектрик болж үйлчилдэг.
хагас дамжуулагч материалын харьцангуй диэлектрик тогтмол хаана байна; – цахилгаан тогтмол (); S - талбай p–n- шилжилт; – шавхагдсан давхаргын өргөн.
Саадын багтаамж талбайн хэмжээ нэмэгдэх тусам нэмэгддэг p–n-хагас дамжуулагчийн шилжилт ба диэлектрик тогтмол ба хомсдолын давхаргын өргөнийг багасгах. Шилжилтийн бүсээс хамааран C бар нь хэдэн зуун пикофарад хүртэл байж болно.
Саадын багтаамжийн онцлог нь шугаман бус багтаамж юм. Урвуу хүчдэл нэмэгдэхийн хэрээр уулзварын өргөн нэмэгдэж, багтаамж нь нэмэгддэг. Баарнаасбуурдаг. Донтолтын мөн чанар C бар = f (U arr)Зураг дээрх графикийг харуулав. 1.22. Нөлөөлөлд орсон бололтой U дээжхүчин чадал Баарнаасхэд хэдэн удаа өөрчлөгддөг.
Тархалтын хүчин чадал нь хөдөлгөөнт цэнэгийн тээвэрлэгчдийн хуримтлалыг тодорхойлдог n- Тэгээд х-уулзвар дахь шууд хүчдэлтэй бүсүүд. Энэ нь зөвхөн шууд хүчдэлийн үед л байдаг бөгөөд цэнэг зөөгч нь багассан боломжит саадыг дамжин их хэмжээгээр тархаж (тарилдаг) ба дахин нэгдэх цаг завгүй хуримтлагддаг. n- Тэгээд х- бүс нутгууд. Шууд хүчдэлийн утга бүр нь хоёр эсрэг цэнэгийн тодорхой утгатай тохирч байна + Q дифференциалТэгээд -Q ялгаа, -д хуримтлагдсан n- Тэгээд х-шилжилтийн үед тээвэрлэгчдийн тархалтаас үүдэлтэй бүс нутаг. Хүчин чадал Дифференциалтайцэнэгийн боломжит зөрүүний харьцааг илэрхийлнэ:
Өсөлтөөр U prурагшлах гүйдэл нь хүчдэлээс хурдан өсдөг, учир нь Урьдчилсан гүйдлийн гүйдлийн хүчдэлийн шинж чанар нь шугаман бус хэлбэртэй байдаг Q ялгаа-аас илүү хурдан өсдөг U prТэгээд Дифференциалтайнэмэгддэг.
Тархалтын хүчин чадал нь саадны багтаамжаас хамаагүй том боловч үүнийг ашиглах боломжгүй тул Энэ нь урагш бага эсэргүүцэлтэй шунтлагдсан байна p–n- шилжилт. Тархалтын багтаамжийн тоон тооцоо нь түүний утга нь хэд хэдэн нэгж микрофарад хүрдэг болохыг харуулж байна.
Тиймээс, р–н- уулзварыг хувьсах конденсатор болгон ашиглаж болно;
хэрэглэсэн хүчдэлийн хэмжээ, тэмдгээр хянагддаг.
1.7.6. Металл-хагас дамжуулагчтай холбоо барих
Орчин үеийн хагас дамжуулагч төхөөрөмжид контактаас гадна p–n-шилжилт нь металл-хагас дамжуулагч контактуудыг ашигладаг.
Металл-хагас дамжуулагчтай холбоо барих нь хагас дамжуулагч талст хүрэх цэг дээр үүсдэг n- эсвэл r-металлтай харилцах дамжуулалтын төрөл. Энэ тохиолдолд тохиолдох процессыг метал ба хагас дамжуулагчаас электрон ажлын функцүүдийн харьцаагаар тодорхойлно. Доод электрон ажлын функцэлектроныг Ферми түвшнээс чөлөөт электроны энергийн түвшинд шилжүүлэхэд шаардагдах энергийг ойлгох. Ажлын функц бага байх тусам өгөгдсөн биеэс илүү их электрон зугтаж чадна.
Электрон тархалт ба цэнэгийн дахин хуваарилалтын үр дүнд интерфэйстэй зэргэлдээх хэсгүүдийн цахилгаан саармаг байдал алдагдаж, контактын цахилгаан орон ба контактын потенциалын зөрүү үүсдэг.
. (1.21)
Металл-хагас дамжуулагчийн контакт дээр контактын цахилгаан орон байдаг шилжилтийн давхаргыг нэрлэдэг Шотткийн шилжилт, Германы эрдэмтэн В.Шоткийн нэрэмжит, ийм шилжилтийн цахилгаан шинж чанарын математикийн үндсэн хамаарлыг анх олж авсан хүн.
Метал дахь цэнэгийн тээвэрлэгчдийн концентраци нь хагас дамжуулагч дахь цэнэгийн тээвэрлэгчдийн концентрацаас хамаагүй их байдаг тул Schottky уулзвар дахь контактын цахилгаан орон нь бараг хагас дамжуулагч дээр төвлөрдөг. Метал дахь электронуудын дахин хуваарилалт нь атом хоорондын зайтай харьцуулахад маш нимгэн давхаргад явагддаг.
Хагас дамжуулагчийн цахилгаан дамжуулах чанар, болор дахь ажлын функцүүдийн харьцаа зэргээс шалтгаалан цахилгаан зөөгчтэй шавхагдсан, урвуу эсвэл баяжуулсан давхарга гарч ирж болно.
1. < , полупроводник n-төрөл (Зураг 1.23, а). Энэ тохиолдолд металаас электрон гаралт давамгайлах болно ( М) хагас дамжуулагч болж хувирдаг тул интерфэйсийн ойролцоох хагас дамжуулагч давхаргад ихэнх тээвэрлэгчид (электронууд) хуримтлагдаж, энэ давхарга баяждаг, өөрөөр хэлбэл. электроны концентраци нэмэгддэг. Энэ давхаргын эсэргүүцэл нь хэрэглэсэн хүчдэлийн аливаа туйлшралын хувьд бага байх тул ийм уулзвар нь засах шинж чанартай байдаггүй. Үүнийг өөрөөр нэрлэдэг засч залруулахгүй шилжилт.
2. < , полупроводник х-төрөл (Зураг 1.23, b). Энэ тохиолдолд электронууд хагас дамжуулагчаас метал руу орох нь давамгайлах ба хилийн давхаргад дийлэнх цэнэгийн тээвэрлэгч (нүх) -ээр баяжуулсан, бага эсэргүүцэлтэй бүс үүснэ. Энэ шилжилт нь бас засч залруулах шинж чанартай байдаггүй.
3., n төрлийн хагас дамжуулагч (Зураг 1.24, а). Ийм нөхцөлд электронууд голчлон хагас дамжуулагчаас метал руу шилжих ба хагас дамжуулагчийн хилийн давхаргад гол цэнэг зөөгчийг шавхсан, өндөр эсэргүүцэлтэй бүс үүснэ. Энд харьцангуй өндөр боломжит саадыг бий болгодог бөгөөд түүний өндөр нь хэрэглэсэн хүчдэлийн туйлшралаас ихээхэн хамаарна. Хэрэв байвал урвуу давхарга үүсэх боломжтой ( х-төрөл). Энэ контакт нь засч залруулах шинж чанартай.
4. , хагас дамжуулагч х-төрөл (Зураг 1.24, b). Ийм нөхцөлд үүссэн контакт нь өмнөхтэй адил засах шинж чанартай байдаг.
Металл-хагас дамжуулагч контактын нэг онцлог шинж чанар нь ердийнхөөс ялгаатай p–n-шилжилтийн энд электрон ба нүхний боломжит саадын өндөр өөр байна. Үүний үр дүнд ийм контактууд нь тодорхой нөхцөлд тарилга хийхгүй байж болно, i.e. контактаар шууд гүйдэл урсах үед цөөнхийн тээвэрлэгчийг хагас дамжуулагч бүсэд оруулахгүй бөгөөд энэ нь өндөр давтамжийн болон импульсийн хагас дамжуулагч төхөөрөмжүүдэд маш чухал юм.
Хагас дамжуулагч диодууд
Электрон-нүхний уулзвар нь хагас дамжуулагч талст хоёр хэсгийн хоорондох нимгэн давхарга бөгөөд нэг хэсэг нь электрон дамжуулалттай, нөгөө хэсэг нь нүхний дамжуулалттай байдаг.
Электрон нүхний уулзвар үүсгэх технологийн процесс нь өөр байж болно: хайлуулах (хайлшин диодууд), нэг бодисыг нөгөөд тараах (диффузын диодууд), эпитакси - нэг талстыг нөгөөгийн гадаргуу дээр чиглэсэн өсөлт (эпитаксиаль диодууд) гэх мэт. Дизайнаар электрон нүхний уулзварууд нь тэгш хэмтэй ба тэгш бус, хурц ба тэгш хэмтэй, хавтгай ба цэгийн чиглэлтэй гэх мэт байж болно. Гэсэн хэдий ч бүх төрлийн шилжилтийн хувьд гол өмч нь тэгш хэмт бус цахилгаан дамжуулалт бөгөөд талст нь нэг чиглэлд гүйдэл дамжуулдаг боловч нөгөөд нь дамжуулдаггүй.
Электрон нүхний шилжилтийн бүтцийг Зураг дээр үзүүлэв. 2.1а. Энэ уулзварын нэг хэсэг нь донорын хольцтой, электрон дамжуулалттай (N-бүс). Акцепторын хольцоор дүүргэсэн нөгөө хэсэг нь нүх дамжуулах чадвартай (P-бүс). Нэг хэсэг дэх электроны концентраци, нөгөө хэсэг дэх нүхний концентраци нь мэдэгдэхүйц ялгаатай байна. Үүнээс гадна хоёр хэсэгт цөөнхийн тээвэрлэгчдийн төвлөрөл бага байдаг.
N-бүс дэх электронууд нь электроны концентраци хамаагүй бага байдаг P мужид нэвтрэх хандлагатай байдаг. Үүнтэй адилаар P бүсээс нүхнүүд N бүс рүү шилждэг. Эсрэг цэнэгийн эсрэг хөдөлгөөний үр дүнд тархалтын гүйдэл гэж нэрлэгддэг гүйдэл үүсдэг. Интерфейсийг гатлан электрон ба нүхнүүд нь эсрэг цэнэгүүдийг үлдээдэг бөгөөд энэ нь тархалтын гүйдлийг цааш дамжуулахаас сэргийлдэг. Үүний үр дүнд динамик тэнцвэр нь хил дээр болон хаагдах үед бий болдог N-ба P мужууд, хэлхээнд гүйдэл гүйдэггүй. Шилжилтийн үеийн зайны цэнэгийн нягтын тархалтыг Зураг дээр үзүүлэв. 2.1 б.
Энэ тохиолдолд интерфэйс дээр талст дотор дотоод цахилгаан орон E гарч ирэх бөгөөд түүний чиглэлийг Зураг дээр үзүүлэв. 2.1. Энэ талбарын хүч нь зайны цэнэгийн тэмдэг гэнэт өөрчлөгддөг интерфэйс дээр хамгийн их байдаг. Интерфейсээс тодорхой зайд зайны цэнэг байхгүй, хагас дамжуулагч нь төвийг сахисан байна.
p-n уулзвар дахь боломжит саадын өндрийг контактын потенциалын зөрүүгээр тодорхойлно N-болон P бүсүүд. Холбоо барих боломжит ялгаа нь эргээд эдгээр хэсгүүдийн хольцын агууламжаас хамаарна.
Хаана j T = kT/q - дулааны потенциал,
NnТэгээд R r- n - ба p - муж дахь электрон ба нүхний концентраци;
n i, нэмэлтгүй хагас дамжуулагч дахь цэнэгийн тээвэрлэгчдийн концентраци.
Германы контактын потенциалын зөрүү нь 0.6... 0.7 В, цахиурын хувьд - 0.9... 1.2 В. Потенциал саадын өндрийг гаднах хүчдэлд оруулах замаар өөрчилж болно. p-p-шилжилт. Хэрэв гадаад хүчдэл нь дотоод хүчдэлтэй давхцаж буй pn уулзварт талбар үүсгэдэг бол боломжит саадын өндөр нь хэрэглэсэн хүчдэлийн урвуу туйлшралаар нэмэгдэж, боломжит саадын өндөр буурдаг;
Цагаан будаа. 2.1. Хурц p-n уулзвар ба түүний доторх зайны цэнэгийн хуваарилалт
Хэрэв хэрэглэсэн хүчдэл нь контактын потенциалын зөрүүтэй тэнцүү бол боломжит саад бүрэн арилна
p-n уулзварын гүйдлийн хүчдлийн шинж чанар нь түүн дээр хэрэглэж буй хүчдэлийн утга ба туйлшрал өөрчлөгдөх үед уулзвараар дамжин өнгөрөх гүйдлийн хамаарлыг илэрхийлдэг. Хэрэв хэрэглэсэн хүчдэл нь боломжит саадыг бууруулдаг бол түүнийг шууд гэж нэрлэдэг ба ихэсвэл урвуу гэж нэрлэдэг.
Pn уулзварт шууд болон урвуу хүчдэлийн хэрэглээг Зураг дээр үзүүлэв. 2.2.
Pn уулзвар дахь урвуу гүйдэл нь аль нэг муж дахь цөөнхийн тээвэрлэгчдийн улмаас үүсдэг бөгөөд тэдгээр нь сансрын цэнэгийн бүсийн цахилгаан талбарт шилжиж, аль хэдийн ихэнх тээвэрлэгч болсон бүс нутагт дуусдаг. Ихэнх тээвэрлэгчдийн концентраци нь цөөнхийн тээвэрлэгчдийн концентрацаас ихээхэн давж байгаа тул цөөн тооны нэмэлт тээвэрлэгчдийн харагдах байдал нь хагас дамжуулагчийн тэнцвэрийн төлөвийг бараг өөрчлөхгүй. Тиймээс урвуу гүйдэл нь зөвхөн сансрын цэнэгийн бүсийн хил дээр гарч ирэх цөөнхийн тээвэрлэгчдийн тооноос хамаарна. Гадны хэрэглээний хүчдэл нь эдгээр тээвэрлэгчдийн нэг бүсээс нөгөөд шилжих хурдыг тодорхойлдог боловч нэгж хугацаанд уулзвараар дамжин өнгөрөх тээвэрлэгчдийн тоог тодорхойлдоггүй. Иймээс уулзвараар урвуу гүйдэл нь дамжуулагч гүйдэл бөгөөд боломжит саадын өндрөөс хамаардаггүй, өөрөөр хэлбэл уулзвар дээрх урвуу хүчдэл өөрчлөгдөх үед энэ нь тогтмол хэвээр байна.
Энэ гүйдлийг ханалтын гүйдэл гэж нэрлэдэг бөгөөд үүнийг тэмдэглэнэ
I arr = I S.
Pn уулзварыг урагш чиглүүлэх үед дийлэнх тээвэрлэгчдийн тархалтаас үүдэлтэй (тархалтын) гүйдэл гарч ирдэг.
pn уулзвараар дамжин өнгөрсний дараа эдгээр тээвэрлэгчид цөөнхийн тээвэрлэгч болох хагас дамжуулагчийн бүсэд ордог. Энэ тохиолдолд цөөнхийн тээвэрлэгчдийн концентраци нь тэнцвэрт концентрацитай харьцуулахад ихээхэн нэмэгдэж болно. Энэ үзэгдлийг тээвэрлэгч тарилга гэж нэрлэдэг.
Тиймээс электрон бүсээс нүхний муж руу шилжих шилжилтээр шууд гүйдэл урсах үед электрон тарилга, нүхний бүсээс нүхний шахалт үүснэ. Тархалтын гүйдэл нь боломжит саадын өндрөөс хамаардаг бөгөөд буурах тусам экспоненциалаар нэмэгддэг.
Хаана У- p-n уулзвар дахь хүчдэл.
Зураг 2 Урвуу (a) ба шууд (б) хүчдэлийг p-n уулзварт хэрэглэх
Тархалтын гүйдлээс гадна шууд гүйдэл нь эсрэг чиглэлд урсах гүйдлийг агуулдаг тул p-n уулзварыг урагшлуулах үед нийт гүйдэл нь тархалтын гүйдэл (2.2) ба дамжуулалтын гүйдлийн хоорондох зөрүүтэй тэнцүү байх болно.
(2.3) тэгшитгэлийг Ebers-Moll тэгшитгэл гэж нэрлэдэг бөгөөд p-n уулзварын харгалзах гүйдэл-хүчдэлийн шинж чанарыг Зураг дээр үзүүлэв. 2.3. T = 300 К-д дулааны потенциал j t = 25 мВ байх тул аль хэдийн U = 0.1 В-д бид үүнийг тооцож болно.
p-n уулзварын дифференциал эсэргүүцлийг (2.3) томъёогоор тодорхойлж болно.
бид хаанаас авах вэ
Тиймээс, жишээлбэл, I = 1A ба j T = 25 мВ гүйдлийн үед уулзварын дифференциал эсэргүүцэл нь 25 мОм байна.
Урагшаа хазайлттай p-n уулзвар дээрх хязгаарлах хүчдэлийн утга нь контактын потенциалын зөрүү y-ээс хэтрэхгүй руу.Урвуу хүчдэл нь pn уулзварын эвдрэлээр хязгаарлагддаг. Pn уулзварын эвдрэл нь цөөнхийн тээвэрлэгчдийн нуранги үржлийн улмаас үүсдэг бөгөөд үүнийг нуранги эвдрэл гэж нэрлэдэг. P-n уулзварын нуранги эвдрэлийн үед уулзвараар дамжин өнгөрөх гүйдэл нь зөвхөн тэжээлийн эсэргүүцлээр хязгаарлагддаг. pn уулзварцахилгаан хэлхээ (Зураг 2.3).
Хагас дамжуулагч p-n-шилжилт,багтаамжтай бөгөөд энэ нь ерөнхийдөө уулзвар дээрх цэнэгийн өсөлтийг түүн дээрх хүчдэлийн уналтын өсөлттэй харьцуулсан харьцаагаар тодорхойлогддог, өөрөөр хэлбэл.
C=dq/du.
Цагаан будаа. 2.3. p-n уулзварын вольт-амперийн шинж чанар
Холболтын багтаамж нь гаднах хүчдэлийн утга ба туйлшралаас хамаарна. Уулзвар дээрх урвуу хүчдэлтэй бол энэ багтаамжийг саад тотгорын багтаамж гэж нэрлэдэг бөгөөд томъёогоор тодорхойлогддог.
Энд y K нь контактын потенциалын зөрүү,
У- уулзвар дахь урвуу хүчдэл,
C 6ar (0) - саад тотгорын багтаамжийн утга U=0,Энэ нь pn уулзварын талбай ба хагас дамжуулагч болорын шинж чанараас хамаарна.
Саадын багтаамжийн ашигласан хүчдэлээс хамаарах хамаарлыг Зураг дээр үзүүлэв. 2.4. Онолын хувьд саадын багтаамж нь p-n уулзвар дээр шууд хүчдэлд байдаг боловч бага дифференциал эсэргүүцлийн r дифференциалаар шунтлагдсан байдаг.
Цагаан будаа. 2.4 Саадын багтаамжийн p-n уулзвар дээрх хүчдэлээс хамаарах хамаарал
P-n уулзвар нь урагш чиглэсэн үед тархалтын багтаамж нь илүү их нөлөө үзүүлдэг бөгөөд энэ нь шууд гүйдлийн I утга ба цөөнхийн тээвэрлэгчдийн ашиглалтын хугацаанаас хамаарна. r.Энэ багтаамж нь хэвийсэн гүйдэлтэй холбоогүй боловч хэвийн багтаамжтай адил хүчдэл ба гүйдлийн хоорондох фазын шилжилтийг өгдөг. Тархалтын чадавхийн утгыг томъёогоор тодорхойлж болно
Урагш хазайлттай уулзварын нийт багтаамжийг саад ба диффузийн багтаамжийн нийлбэрээр тодорхойлно.
Холболт нь урвуу хазайлттай үед диффузийн багтаамж байхгүй бөгөөд нийт багтаамж нь зөвхөн саадны багтаамжаас бүрдэнэ.
Хагас дамжуулагч диодхоёр терминалтай, нэг (эсвэл хэд хэдэн) p-n уулзвар агуулсан төхөөрөмж гэж нэрлэдэг. Бүх хагас дамжуулагч диодыг Шулуутгагч ба тусгай гэсэн хоёр бүлэгт хувааж болно. Шулуутгагч диодууд нь нэрнээс нь харахад хувьсах гүйдлийг засах зориулалттай. Хувьсах хүчдэлийн давтамж, хэлбэрээс хамааран тэдгээрийг өндөр давтамжийн, бага давтамжийн, импульсийн гэж хуваадаг. Хагас дамжуулагч диодын тусгай төрөл нь pn уулзваруудын өөр өөр шинж чанарыг ашигладаг; эвдрэлийн үзэгдэл, саад тотгорын багтаамж, сөрөг эсэргүүцэлтэй хэсгүүд байгаа эсэх гэх мэт.
Бүтцийн хувьд Шулуутгагч диодуудТэдгээр нь хавтгай ба цэгт, үйлдвэрлэлийн технологийн дагуу хайлш, тархалт, эпитаксиаль гэж хуваагддаг. ^-l уулзварын том талбайн улмаас том гүйдлийг засахын тулд хавтгай диодыг ашигладаг. Цэгийн диодууд нь жижиг шилжилтийн талбайтай бөгөөд үүний дагуу жижиг гүйдлийг засах зориулалттай. Нуранги нуралтын хүчдэлийг нэмэгдүүлэхийн тулд цувралаар холбогдсон хэд хэдэн диодуудаас бүрдэх Шулуутгагч баганыг ашигладаг.
Өндөр хүчин чадалтай Шулуутгагч диодыг цахилгаан диод гэж нэрлэдэг. Ийм диодын материал нь ихэвчлэн цахиур эсвэл галлийн арсенид юм. Урвуу гүйдлийн температурын хүчтэй хамаарлаас болж германийг бараг ашигладаггүй. Цахиурын хайлшийн диодууд нь 5 кГц хүртэлх ээлжит гүйдлийг засахад ашиглагддаг. Цахиурын диффузын диодууд нь 100 кГц хүртэл өндөр давтамжтайгаар ажиллах боломжтой. Металл субстрат бүхий цахиурын эпитаксиаль диодыг (Schottky саадтай) 500 кГц хүртэл давтамжтайгаар ашиглаж болно. Галийн арсенидын диодууд нь хэд хэдэн МГц хүртэлх давтамжийн мужид ажиллах чадвартай.
Pn уулзвараар их хэмжээний гүйдэлтэй бол хагас дамжуулагчийн дийлэнх хэсэгт мэдэгдэхүйц хүчдэл унадаг тул үүнийг үл тоомсорлож болохгүй. (2.4) илэрхийллийг харгалзан Шулуутгагч диодын гүйдлийн хүчдэлийн шинж чанар нь хэлбэрийг авна.
Хаана Р- цуврал эсэргүүцэл гэж нэрлэгддэг хагас дамжуулагч болорын эзэлхүүний эсэргүүцэл.
Хагас дамжуулагч диодын ердийн график тэмдэглэгээг Зураг дээр үзүүлэв. 2.5 а, түүний бүтэц Зураг дээр. 2.5 б.Тухайн газарт холбогдсон U диодын электрод R,анод (цахилгаан вакуум диодтой төстэй) гэж нэрлэгддэг ба электродыг тухайн талбайд холбодог. Н,- катод. Диодын статик гүйдлийн хүчдэлийн шинж чанарыг Зураг дээр үзүүлэв. 2.5 В.
Цагаан будаа. 2.5. Хагас дамжуулагч диодын тэмдэг (a), түүний бүтэц (б) ба гүйдлийн хүчдэлийн шинж чанар (в)
Эрчим хүчний диодууд нь ихэвчлэн статик болон динамик параметрүүдийн багцаар тодорхойлогддог. Диодын статик үзүүлэлтүүд нь:
Хүчдэл буурах U npшууд гүйдлийн тодорхой утгын диод дээр;
Урвуу хүчдэлийн тодорхой утгад урвуу гүйдэл I о6р;
Урьдчилсан гүйдлийн дундаж утга I pr av;
Импульсийн урвуу хүчдэл U o6ri.
Диодын динамик параметрүүд нь түүний цаг хугацаа эсвэл давтамжийн шинж чанарыг агуулдаг. Эдгээр параметрүүд нь:
Сэргээх хугацаа треверс хүчдэл;
Урд гүйдлийн өсөлтийн цаг би Нар;
Диодын горимыг багасгахгүйгээр давтамжийг хязгаарлах fmax.
Статик параметрүүдийг Зураг дээр үзүүлсэн диодын одоогийн хүчдэлийн шинж чанарыг ашиглан тохируулж болно. 2.5 В.Эрчим хүчний диодын статик параметрүүдийн ердийн утгыг хүснэгтэд үзүүлэв. 2.1.
Хүснэгт 2.1Эрчим хүчний Шулуутгагч диодын статик үзүүлэлтүүд
Урвуу нөхөн сэргээх хугацаадиод t rev нь шулуутгагч диодын үндсэн параметр бөгөөд тэдгээрийн инерцийн шинж чанарыг тодорхойлдог. Энэ нь диод өгөгдсөн I pr гүйдэлээс өгөгдсөн урвуу хүчдэлд U o6p шилжих үед тодорхойлогдоно. Ийм шилжүүлгийн графикийг Зураг дээр үзүүлэв. 26 б. Туршилтын диаграммыг Зураг дээр үзүүлэв. 26 б,эсэргүүцэлтэй ачаалал дээр ажилладаг хагас долгионы Шулуутгагч юм Р Хтэгш өнцөгт хэлбэрийн хүчдэлийн эх үүсвэрээс тэжээгддэг.
?=0 үед хэлхээний оролтын хүчдэл эерэг утга руу үсэрнэ Аан.Тархалтын процессын инерцийн улмаас диод дахь гүйдэл тэр даруй гарч ирэхгүй, харин цаг хугацааны явцад нэмэгддэг. tm.Диод дахь гүйдэл нэмэгдэхийн зэрэгцээ диод дээрх хүчдэл буурч, 4a P-ийн дараа £ / цаг хугацаатай тэнцүү болно. Хэсэг хугацааны дараа т тдиодын гүйдэл байдаг хэлхээнд суурин горимыг тогтоосон i=I s ~U m /R B .
Энэ байдал нь цаг мөч хүртэл үргэлжилнэ t2,тэжээлийн хүчдэлийн туйлшралыг өөрчлөх үед. Гэсэн хэдий ч ^-i-уулзалтын зааг дээр хуримтлагдсан цэнэгүүд нь диодыг тодорхой хугацаанд нээлттэй төлөвт байлгах боловч диод дахь гүйдлийн чиглэл эсрэг чиглэлд өөрчлөгддөг. Үндсэндээ цэнэгийн шингээлт нь 5" (rchm дамжуулалт (жишээ нь, эквивалент хүчин чадлын ялгарал)) ирмэг дээр явагддаг. Резорбцийн хугацааны интервалын дараа /,„
диодыг унтраах үйл явц эхэлдэг, өөрөөр хэлбэл түүний түгжих шинж чанарыг сэргээх үйл явц,
Тэр үед< 3 напряжение на диоде становится равным нулю, и в дальнейшем приобретает обратное значение. Процесс восстановления запирающих свойств диода продолжается до момента времени Мөн,Үүний дараа диод түгжигдэнэ. Энэ үед диод дахь гүйдэл тэнцүү болно 1^, ба хүчдэл нь утгад хүрдэг - Аан.Тиймээс цаг т^шилжилтээс эхлэн тоолж болно Уадиодын гүйдэл нь утгад хүрэх хүртэл тэгээр дамждаг 1^.
Шулуутгагч диодыг асаах, унтраах үйл явцыг авч үзэх нь энэ нь хамгийн тохиромжтой хавхлага биш бөгөөд тодорхой нөхцөлд эсрэг чиглэлд ажилладаг болохыг харуулж байна. /?-i-уулзвар дахь цөөнхийн тээвэрлэгчдийн шингээх хугацааг томъёогоор тодорхойлж болно.
Хаана x х- цөөнхийн тээвэрлэгчдийн амьдралын хугацаа.
Диод дээрх урвуу хүчдэлийг сэргээх хугацааг ойролцоогоор илэрхийлэл ашиглан тооцоолж болно
Хэзээ гэдгийг тэмдэглэх нь зүйтэй R a =0(энэ нь багтаамжийн ачаалал дээрх диодын ажиллагаатай тохирч байгаа) диодыг унтраасан үед урвуу гүйдэл нь хөдөлгөөнгүй горим дахь ачааллын гүйдлээс хэд дахин их байж болно.
Зураг дээрх графикуудыг судалж үзэхэд. 2.6 a-аас үзэхэд диодыг асаах, ялангуяа унтрах үед эрчим хүчний алдагдал огцом нэмэгддэг. Үүний үр дүнд диод дахь алдагдал нь залруулсан хүчдэлийн давтамж нэмэгдэх тусам нэмэгддэг. Диод нь бага давтамжтай, тэжээлийн хүчдэлийн гармоник хэлбэрээр ажиллах үед том далайцтай гүйдлийн импульс байхгүй бөгөөд диод дахь алдагдал эрс багасдаг.
Диодын биеийн температур өөрчлөгдөхөд түүний параметрүүд өөрчлөгддөг. Тоног төхөөрөмжийг боловсруулахдаа энэ хамаарлыг анхаарч үзэх хэрэгтэй. Диод дээрх шууд хүчдэл ба түүний урвуу гүйдэл нь температураас ихээхэн хамаардаг. Диод дээрх хүчдэлийн температурын коэффициент (TCV) нь сөрөг утгатай байдаг, учир нь температур нэмэгдэх тусам диод дээрх хүчдэл буурдаг. TKN гэж ойролцоогоор таамаглаж болно U хүртэл =-2мБ/К.
Диодын урвуу гүйдэл нь тухайн хэсгийн температураас илүү хүчтэй хамааралтай бөгөөд эерэг коэффициенттэй байдаг. Тиймээс 10 ° C тутамд температур нэмэгдэхэд германий диодын урвуу гүйдэл 2 дахин, цахиурын диод 2.5 дахин нэмэгддэг.
Шулуутгагч диод дахь алдагдлыг томъёогоор тооцоолж болно
Энд P 11р - гүйдлийн шууд чиглэлд диод дахь алдагдал, Р^- урвуу гүйдэлтэй диод дахь алдагдал; Р, к- урвуу нөхөн сэргээх үе шатанд диод дахь алдагдал.
Цагаан будаа. 2 6 Диод (а) ба туршилтын хэлхээний (б) түгжээг тайлах, түгжих үйл явцын графикууд
Форвард алдагдлын ойролцоо утгыг томъёогоор тооцоолж болно
Энд /„pep ба (/„pq нь диод дээрх шууд гүйдэл ба шууд хүчдэлийн дундаж утгууд юм. Үүний нэгэн адил та урвуу гүйдэлтэй цахилгаан алдагдлыг тооцоолж болно:
Эцэст нь урвуу нөхөн сэргээх үе шатанд алдагдлыг томъёогоор тодорхойлно
Энд /" нь хувьсах хүчдэлийн давтамж юм.
Диод дахь эрчим хүчний алдагдлыг тооцоолсны дараа диодын биеийн температурыг томъёогоор тодорхойлно.
Энд G pmax = 150 ° C нь диодын болорын хамгийн их зөвшөөрөгдөх температур, RnK- уулзвар-диодын биеийн дулааны эсэргүүцэл (диодын лавлагааны өгөгдөлд өгөгдсөн), G-ээс макс хүртэл - диодын биеийн хамгийн их зөвшөөрөгдөх температур.
Schottky саадтай диодуудБага өндөр давтамжийн хүчдэлийг засахын тулд Schottky саадтай диод (SBDs) өргөн хэрэглэгддэг. Эдгээр диодууд нь p-холболтын оронд метал-хагас дамжуулагч контактыг ашигладаг. Холбоо барих цэг дээр цэнэг зөөгчөөр шавхагдсан хагас дамжуулагч давхаргууд гарч ирдэг бөгөөд үүнийг хаалганы давхарга гэж нэрлэдэг. Schottky саадтай диодууд нь p-n уулзвар бүхий диодуудаас дараахь параметрүүдээр ялгаатай байдаг.
Доод урагшлах хүчдэлийн уналт;
Урвуу хүчдэл бага байх;
Илүү их алдагдал гүйдэл;
Урвуу нөхөн сэргээх төлбөр бараг байхгүй.
Хоёр үндсэн шинж чанар нь эдгээр диодыг бага хүчдэл, өндөр давтамжийн Шулуутгагчийг зохион бүтээхэд зайлшгүй шаардлагатай болгодог: бага шууд хүчдэлийн уналт, бага урвуу хүчдэлийг сэргээх хугацаа. Нэмж дурдахад урвуу нөхөн сэргээх хугацаа шаардагдах цөөнхийн тээвэрлэгчид байхгүй байгаа нь диод өөрөө солих алдагдалгүй гэсэн үг юм.
Schottky саадтай диодуудад шууд хүчдэлийн уналт нь урвуу хүчдэлийн функц юм. Орчин үеийн Schottky диодын хамгийн их хүчдэл нь ойролцоогоор 150 В байна. Энэ хүчдэлд DS-ийн шууд хүчдэл нь p уулзвартай диодуудын шууд хүчдэлээс 0.2...0.3V бага байна.
Schottky диодын давуу тал нь бага хүчдэлийг засах үед мэдэгдэхүйц болдог. Жишээлбэл, 45 вольтын Schottky диод нь 0.4...0.6V шууд хүчдэлтэй, ижил гүйдлийн үед //-уулзвартай диод нь 0.5...1.0В хүчдэлийн уналттай байна. Урвуу хүчдэл 15В хүртэл буурах үед шууд хүчдэл 0.3...0.4V хүртэл буурдаг. Дунджаар Schottky диодыг Шулуутгагч төхөөрөмжид ашигласнаар алдагдлыг ойролцоогоор 10...15% бууруулж чадна. DS-ийн хамгийн их ажиллах давтамж нь 30 А хүртэлх гүйдлийн үед 200 кГц-ээс хэтэрдэг.
Холбогдох мэдээлэл.
