Далее: 4.2.  Порядок выполнения работы Вверх: 4.1.  Краткая теория Назад: 4.1.1.  Особенности полупроводников

4.1.2.  Полупроводниковый диод

Полупроводниковый диод образуется при контакте двух полупроводников с разной проводимостью (рис.1.9).

Если полупроводниковый диод не включен в электрическую цепь, то хаотическое тепловое движение носителей тока приводит к тому, что электроны и дырки переходят через границу полупроводников. При этом электроны переходят преимущественно из $n$-полупроводника в $p$-полупроводник, а дырки -- наоборот.

Рис. 1.9 

Электроны, вошедшие в $p$-полупроводник, аннигилируют с дырками вблизи границы, причем $p$-полупроводник приобретает отрицательный потенциал.

Дырки, идущие из $n$-полупроводника, на контакте аннигилируют с ближайшими электронами $n$-полупроводника, и $n$-полупроводник заряжается положительно.

При этом в ближайших к контакту областях каждого из полупроводников уменьшается количество основных носителей тока и удельное сопротивление этих областей увеличивается.

Место контакта $p$- и $n$-полупроводников называется $p-n$-переходом.

Если в диоде создать электрическое поле с помощью внешнего источника тока, то процессы в диоде будут зависеть от направления и силы этого внешнего поля.

Если плюс внешнего источника присоединить к $p$-полупроводнику, а минус к $n$-полупроводнику, то под действием внешнего поля основные носители тока пойдут к поверхности контакта и сквозь нее. При этом в $n$-полупроводник все время будут впрыскиваться электроны от внешнего источника, а в контакте полупроводника c проводом все время будут образовываться пары "электрон-дырка". Электроны, образующиеся при этом, уходят в источник тока, а дырки остаются в $p$-полупроводнике и идут к границе контакта. Через диод при этом идет сильный ток (сопротивление диода мало). Такое включение называется прямым.

Если плюс присоединить к $n$-полупроводнику, а минус к $p$-полупроводнику, то под действием этого внешнего поля основные носители тока будут оттягиваться от границы $p-n$-перехода. При этом увеличивается область, обедненная носителями, и сопротивление диода увеличивается. Такое включение напряжения называется запирающим, или обратным. При обратном включении через диод идет небольшой ток, создаваемый неосновными носителями тока.

При прямом включении внешний источник создает на диоде напряжение, обратное контактной разности потенциалов, а при обратном включении -- совпадающее с контактной разностью потенциалов.

При малых внешних напряжениях (1мВ) полярность включения почти не влияет на величину сопротивления диода, так как напряженность поля, создаваемого внешним источником вблизи $p-n$-перехода, оказывается малой по сравнению с напряженностью контактного поля, поэтому описанные выше эффекты прямого и обратного включений проявляются при напряжениях более высоких, чем 10мВ (иногда -- при больших, чем 0,2В).

Рассмотрим, как влияет на свойства диода величина приложенного обратного напряжения.

С увеличением обратного напряжения усиливается электрическое поле внутри диода. При некотором напряжении сила тока поля может оказаться достаточной для того, чтобы вырвать электрон из связей атомов.

При этом резко возрастает собственная проводимость полупроводников и через диод начинает проходить сильный ток. Напряжение, при котором начинается этот процесс, называется напряжением пробоя или максимальным обратным напряжением.

При любом включении прохождение через диод сильного тока приводит к нагреванию полупроводников, то есть к увеличению собственной проводимости. При нагревании германиевых приборов до температуры выше $70^{\circ}С$ (кремниевых -- выше $150^{\circ}С$) происходит тепловой пробой прибора -- исчезает $p-n$-переход. При этом после теплового пробоя полупроводниковый прибор не восстанавливается.

Таким образом при прямом включении диода напряжение на нем не должно превышать 0,5В.

Метод измерений предусматривает при разных напряжениях измерение прямого и обратного токов диода. Для предотвращения разрушения диода последовательно с ним включается нагрузочное сопротивление.

Далее: 4.2.  Порядок выполнения работы Вверх: 4.1.  Краткая теория Назад: 4.1.1.  Особенности полупроводников