Rezistory polovodičové diódy tranzistory. Polovodičové odpory
polovodičová dióda sa nazýva dvojelektródové zariadenie s jednostrannou vodivosťou. Jeho dizajn je založený na rovnováhe R-n prechod. Podľa charakteru prechodovej formácie sa diódy delia na bodové a plošné.
Polovodičové triódy našli široké uplatnenie na konverziu, zosilnenie a generovanie elektrických oscilácií - tranzistory. Aby tranzistor fungoval, je potrebné mať dva prechody elektrón-diera, germánium sa často používa ako polovodič.
Pri použití tranzistorov n-p-n križovatka, polovodič R-typ umiestnený medzi polovodičmi n-typ, Zariadenie planárneho bipolárneho tranzistora je znázornené na obrázku 2.7.
Ryža. 2.7. Princíp zariadenia tranzistora a obraz tranzistorov v schémach.
V tomto tranzistore n-p-n typu, existuje stredná oblasť s dierovou vodivosťou a dve extrémne oblasti s elektronickou vodivosťou. Stredná oblasť tranzistora sa nazýva - základňu, jeden extrémny región je žiarič , ďalší - zberateľ. Tranzistor má teda dva n-p prechod: žiarič medzi žiaričom a základňou zberateľ medzi základňou a kolektorom. Vzdialenosť medzi nimi by mala byť veľmi malá, nie viac ako niekoľko mikrometrov, t.j. základná plocha by mala byť veľmi tenká. Toto je podmienka dobrého výkonu tranzistora. Okrem toho je koncentrácia nečistôt v báze vždy oveľa menšia ako v kolektore a emitore. Na schematických obrázkoch tranzistorov šípka ukazuje smer prúdu (podmienený, od plus do mínus) v drôte emitora s dopredným napätím na prechode emitora.
Uvažujme činnosť tranzistora v režime naprázdno, kedy sú zapnuté len zdroje konštantných napájacích napätí E 1 a E 2 (obr. 2.8).
Ich polarita je taká, že napätie na prechode emitora je priame a na prechode kolektora je obrátené. Preto je odpor prechodu emitora malý a na získanie normálneho prúdu v tomto prechode postačuje napätie E 1 v desatinách voltu. Odpor kolektorového prechodu je vysoký a napätie E2 je zvyčajne jednotky alebo desiatky voltov.
Ryža. 2.8. Pohyb elektrónov a dier v tranzistore typu n-p-n.
Princíp činnosti tranzistora spočíva v tom, že priame napätie prechodu emitor, t. j. sekcia báza-emitor, výrazne ovplyvňuje kolektorový prúd: čím vyššie je toto napätie, tým väčší je emitorový a kolektorový prúd. V tomto prípade sú zmeny kolektorového prúdu len o niečo menšie ako zmeny prúdu emitora. Teda napätie medzi bázou a emitorom E 1, t.j. vstupné napätie, riadi kolektorový prúd. Práve na tomto jave je založené zosilnenie elektrických kmitov pomocou tranzistora.
Fyzikálne procesy v tranzistore prebiehajú nasledovne. So zvýšením priameho vstupného napätia E 1 sa potenciálna bariéra v prechode emitora znižuje a podľa toho sa zvyšuje prúd cez tento prechod - prúd emitora i uh. Elektróny tohto prúdu sú vstrekované z emitora do bázy a v dôsledku difúzie prenikajú cez bázu do kolektorového prechodu, čím sa zvyšuje kolektorový prúd. Keďže kolektorový prechod pracuje pri spätnom napätí, v tomto prechode sa objavujú priestorové náboje, ktoré sú na obrázku znázornené krúžkami so znamienkami „+“ a „-“. Medzi nimi je elektrické pole. Podporuje postup (extrakciu) cez kolektorový prechod elektrónov, ktoré sem prišli z žiariča, t.j. vťahuje elektróny do oblasti kolektorového spojenia.
Ak je hrúbka základne dostatočne malá a koncentrácia dier v nej je nízka, potom väčšina elektrónov, ktoré prešli základňou, nemá čas na rekombináciu s dierami základne a dosiahnutie kolektorového spojenia. Len malá časť elektrónov sa rekombinuje s otvormi v základni. V dôsledku rekombinácie prúdi v základnom drôte prúd bázy. V rovnovážnom stave by mal byť počet otvorov v základni nezmenený. V dôsledku rekombinácie každú sekundu zmiznú niektoré diery, ale rovnaký počet nových dier vzniká v dôsledku skutočnosti, že rovnaký počet elektrónov opúšťa bázu v smere pólu zdroja E 1. Inými slovami, veľa elektrónov sa nemôže akumulovať v základni.
Ak by základňa mala značnú hrúbku a koncentrácia otvorov v nej bola vysoká, potom by sa väčšina elektrónov prúdu emitora, difundujúcich cez základňu, rekombinovala s otvormi a nedosiahla by kolektorový spoj.
Pôsobením vstupného napätia vzniká značný emitorový prúd, do oblasti bázy sú zo strany emitora vstrekované elektróny, ktoré sú menšinovými nosičmi pre túto oblasť. Nemajú čas na rekombináciu s otvormi počas difúzie cez základňu, dostanú sa ku kolektorovej križovatke. Čím väčší je prúd emitora, tým viac elektrónov prichádza do kolektorového spojenia a tým nižší je jeho odpor. V súlade s tým sa kolektorový prúd zvyšuje. Inými slovami, s nárastom prúdu emitora v báze sa zvyšuje koncentrácia menšinových nosičov vstrekovaných z emitora a čím viac týchto nosičov, tým väčší je kolektorový prechodový prúd, t.j. kolektorový prúd ja do .
Treba poznamenať, že emitor a kolektor je možné zameniť (tzv. inverzný režim). Ale na tranzistoroch je spravidla kolektorový prechod vyrobený s oveľa väčšou plochou ako emitorový prechod, pretože výkon rozptýlený v kolektorovom prechode je oveľa väčší ako výkon rozptýlený v emitore. Ak teda použijete emitor ako kolektor, tak tranzistor bude fungovať, ale dá sa použiť len pri oveľa menšom výkone, čo je nepraktické. Ak sú spojovacie oblasti rovnaké (tranzistory sa v tomto prípade nazývajú symetrické), potom ktorákoľvek z extrémnych oblastí môže rovnako dobre fungovať ako žiarič alebo kolektor.
Uvažovali sme o fyzikálnych javoch v tranzistore typu n-p-n. Podobné procesy sa vyskytujú v tranzistore p-n-p, ale v ňom sa menia úlohy elektrónov a dier a menia sa aj na opačné polarity napätia a smery prúdu.
Tri najbežnejšie spôsoby zapínania tranzistorov sú:
- spoločný základný obvod pri vstupe emitora a výstupe kolektora
pripojené k spoločnej základni;
- v obvode so spoločným emitorom výstupný obvod kolektora
pripája sa k žiariču namiesto základne;
- spoločný kolektorový okruh, inak nazývaný zosilňovač vysielača.
Záver: 1. Prítomnosť nečistôt v polovodičoch spôsobuje narušenie rovnosti medzi počtom dier a elektrónov a elektrický prúd budú vytvárať prevažne náboje rovnakého znamienka podľa toho, čo v polovodiči prevláda.
2. Konštrukcia akéhokoľvek polovodičového zariadenia je založená na rovnováhe R-n prechody.
Pripravené
Žiak 10 "A" triedy
Škola č.610
Ivchin Alexey
Abstrakt na tému:
"Polovodičové diódy a tranzistory, oblasti ich použitia"
1. Polovodiče: teória a vlastnosti
2. Základné polovodičové prvky (štruktúra a použitie)
3. Druhy polovodičových prvkov
4. Výroba
5. Rozsah pôsobnosti
1. Polovodiče: teória a vlastnosti
Najprv sa musíte zoznámiť s mechanizmom vedenia v polovodičoch. A na to musíte pochopiť povahu väzieb, ktoré držia atómy polovodičového kryštálu vedľa seba. Predstavte si napríklad kremíkový kryštál.
Kremík je štvormocný prvok. To znamená, že vo vonkajšom
Obal atómu má štyri elektróny, relatívne slabo viazané na jadro. Počet najbližších susedov každého atómu kremíka je tiež štyri. Interakcia páru susedných atómov sa uskutočňuje pomocou paonoelektronickej väzby, ktorá sa nazýva kovalentná väzba. Na vzniku tejto väzby z každého atómu sa podieľa jeden valenčný elektrón, ktoré sa odštiepia od atómov (kolektivizované kryštálom) a pri svojom pohybe trávia väčšinu času v priestore medzi susednými atómami. Ich záporný náboj udržuje kladné ióny kremíka blízko seba. Každý atóm tvorí štyri väzby so svojimi susedmi a ktorýkoľvek valenčný elektrón sa môže pohybovať pozdĺž jednej z nich. Po dosiahnutí susedného atómu sa môže presunúť na ďalší a potom ďalej pozdĺž celého kryštálu.
Valenčné elektróny patria celému kryštálu. Párovo-elektrónové väzby kremíka sú dosť pevné a nelámu sa pri nízkych teplotách. Preto kremík pri nízkych teplotách nevedie elektrinu. Valenčné elektróny zúčastňujúce sa na väzbe atómov sú pevne spojené s kryštálovou mriežkou a vonkajšie elektrické pole nemá badateľný vplyv na ich pohyb.
elektronická vodivosť.
Pri zahrievaní kremíka sa zvyšuje kinetická energia častíc a jednotlivé väzby sa lámu. Niektoré elektróny opúšťajú svoje orbity a stávajú sa voľnými, ako elektróny v kove. V elektrickom poli sa pohybujú medzi miestami mriežky a vytvárajú elektrický prúd.
Vodivosť polovodičov v dôsledku prítomnosti voľných elektrónov v kovoch sa nazýva elektrónová vodivosť. So stúpajúcou teplotou sa zvyšuje počet prerušených väzieb, a tým aj počet voľných elektrónov. Pri zahriatí z 300 na 700 K sa počet voľných nosičov náboja zvyšuje z 10–17 na 10–24 1/m V3. To vedie k zníženiu odporu.
dierové vedenie.
Keď sa väzba preruší, vytvorí sa vakancia s chýbajúcim elektrónom.
Hovorí sa tomu diera. Diera má nadmerný kladný náboj v porovnaní so zvyškom normálnych väzieb. Poloha otvoru v kryštáli nie je pevná. Nasledujúci proces neustále prebieha. Jeden z elektrónov zabezpečujúcich väzbu medzi atómami preskočí na miesto vytvorených otvorov a obnoví tu väzbu pár-elektrón. a tam, odkiaľ elektrón vyskočil, sa vytvorí nová diera. Diera sa teda môže pohybovať po celom kryštáli.
Ak je intenzita elektrického poľa vo vzorke nulová, potom pohyb otvorov, ekvivalentný pohybu kladných nábojov, nastáva náhodne, a preto nevytvára elektrický prúd. V prítomnosti elektrického poľa dochádza k usporiadanému pohybu dier, a teda k elektrickému prúdu voľných elektrónov sa pridáva elektrický prúd spojený s pohybom dier. Smer pohybu dier je opačný ako smer pohybu elektrónov.
Takže v polovodičoch existujú dva typy nosičov náboja: elektróny a diery. Polovodiče preto majú nielen elektronickú, ale aj dierovú vodivosť. Vodivosť za týchto podmienok sa nazýva vnútorná vodivosť polovodičov. Vlastná vodivosť polovodičov je zvyčajne nízka, pretože počet voľných elektrónov je malý, napríklad v germániu pri izbovej teplote ne = 3 x 10 v 23 cm v -3. Zároveň je počet atómov germánia v 1 kubickom cm asi 10–23. Počet voľných elektrónov je teda približne jedna desaťmiliardtina celkového počtu atómov.
Podstatnou vlastnosťou polovodičov je, že v prítomnosti nečistôt spolu s ich vlastnou vodivosťou vzniká ďalšia - vodivosť nečistôt. Zmenou koncentrácie nečistôt je možné výrazne zmeniť počet nosičov náboja jedného alebo druhého znamienka. To umožňuje vytvárať polovodiče s prevládajúcou koncentráciou buď negatívne alebo pozitívne nabitých nosičov. Táto vlastnosť polovodičov otvára široké možnosti pre praktické aplikácie.
darcovské nečistoty.
Ukazuje sa, že v prítomnosti nečistôt, ako sú atómy arzénu, sa aj pri veľmi nízkych koncentráciách počet voľných elektrónov mnohonásobne zvyšuje. Stáva sa to z nasledujúceho dôvodu. Atómy arzénu majú päť valenčných elektrónov, z ktorých štyri sa podieľajú na vytváraní kovalentnej väzby daného atómu s okolitými, napríklad s atómami kremíka. Piaty valenčný elektrón je slabo viazaný na atóm. Ľahko opúšťa atóm arzénu a stáva sa voľným. Koncentrácia voľných elektrónov sa výrazne zvyšuje a je tisíckrát väčšia ako koncentrácia voľných elektrónov v čistom polovodiči. Nečistoty, ktoré ľahko darujú elektróny, sa nazývajú donorové nečistoty a takéto polovodiče sú polovodiče typu n. V polovodiči typu n sú elektróny hlavnými nosičmi náboja a diery sú vedľajšie.
akceptorové nečistoty.
Ak sa ako nečistota použije indium, ktorého atómy sú trojmocné, zmení sa povaha vodivosti polovodiča. Teraz, na vytvorenie normálnych pár-elektrónových väzieb so susedmi, atómu india chýba elektrón. V dôsledku toho sa vytvorí diera. Počet otvorov v kryštáli sa rovná počtu atómov nečistôt. Takéto nečistoty sa nazývajú akceptorové (prijímajúce) nečistoty. V prítomnosti elektrického poľa sa diery pohybujú pozdĺž poľa a dochádza k vedeniu dier. Polovodiče s prevahou dierového vedenia nad vedením elektrónov sa nazývajú polovodiče typu p (od slova pozitívny - pozitívny).
2. Základné polovodičové prvky (štruktúra a použitie)
Existujú dve hlavné polovodičové zariadenia: dióda a tranzistor.
Dióda.
V súčasnosti sa na usmernenie elektrického prúdu v rádiových obvodoch stále viac používajú polovodičové diódy spolu s dvojelektródovými žiarovkami, pretože majú množstvo výhod. Vo vákuovej trubici sa zahrievaním katódy generujú nosiče náboja, elektróny. V p-n prechode sa vytvárajú nosiče náboja, keď sa do kryštálu zavádza nečistota akceptora alebo donoru. Na získanie nosičov náboja teda nie je potrebný zdroj energie. V zložitých obvodoch sa vďaka tomu dosiahnuté úspory energie ukazujú ako veľmi významné. Okrem toho sú polovodičové usmerňovače s rovnakými hodnotami usmerneného prúdu miniatúrnejšie ako žiarovky.
Prúdovo-napäťová charakteristika pre priame a spätné pripojenie je znázornená na obrázku 2.
Nahradili výbojky, v technike sú veľmi rozšírené hlavne pri usmerňovačoch a diódy našli uplatnenie aj v rôznych zariadeniach.
Tranzistor.
Uvažujme jeden z typov tranzistorov vyrobených z germánia alebo kremíka s donorovými a akceptorovými nečistotami, ktoré sú do nich zavedené. Rozloženie nečistôt je také, že medzi dvoma polovodičovými vrstvami typu p sa vytvorí veľmi tenká (rádovo niekoľko mikrometrov) polovodičová vrstva typu n (obr. 3.
Táto tenká vrstva sa nazýva báza alebo báza.V kryštáli sú vytvorené dva p-n prechody, ktorých priame smery sú opačné. Tri vodiče z oblastí s rôznymi typmi vodivosti umožňujú začlenenie tranzistora do obvodu znázorneného na obrázku 3. S týmto zahrnutím je ľavý p-n prechod priamy a oddeľuje bázu od oblasti s vodivosťou typu p, nazývanej emitor. Keby nebolo práva p -n
-prechod, v obvode emitor-báza by bol prúd závislý od napätia zdrojov (batéria B1 a zdroj striedavého napätia) a odporu obvodu vrátane nízkeho odporu priameho prechodu emitor-báza. Batéria B2 je zapojená tak, že pravý pn prechod v obvode (pozri obr. 3) je obrátený. Oddeľuje základňu od pravej oblasti typu p nazývanej kolektor. Ak by neexistoval ľavý p-n-prechod, prúdová sila a obvod kolektora by boli blízko nule. Pretože odpor spätného prechodu je veľmi vysoký. Ak je v ľavom p-n prechode prúd, objaví sa prúd aj v obvode kolektora a prúd v kolektore je len o niečo menší ako prúd v emitore.Keď sa medzi emitorom a bázou vytvorí napätie, hlavné nosiče polovodiča typu p - otvory prenikajú do bázy, gdr sú už hlavnými nosičmi. Keďže hrúbka bázy je veľmi malá a počet väčšinových nosičov (elektrónov) v nej je malý, otvory, ktoré do nej prepadli, sa takmer nekombinujú (nerekombinujú) s elektrónmi bázy a prenikajú do kolektora v dôsledku difúzia. Pravý p-n-prechod je uzavretý pre hlavné nosiče náboja bázy - elektróny, ale nie pre diery. V kolektore sú otvory unášané elektrickým poľom a uzatvárajú obvod.
Sila prúdového rozvetvenia do obvodu emitora zo základne je veľmi malá, pretože plocha prierezu základne v horizontálnej (pozri obr. 3) rovine je oveľa menšia ako prierez vo vertikálnej rovine. . Prúd v kolektore, ktorý sa takmer rovná prúdu v emitore, sa mení spolu s prúdom v emitore.
Odpor odporu R má malý vplyv na kolektorový prúd a tento odpor môže byť dosť veľký. Riadením prúdu emitora so zdrojom striedavého napätia zahrnutým v jeho obvode získame synchrónnu zmenu napätia na rezistore. Pri veľkom odpore rezistora môže byť zmena napätia na ňom desaťtisíckrát väčšia ako zmena signálu v obvode emitora, čo znamená zosilnenie napätia. Preto pri záťaži R je možné získať elektrické signály, ktorých výkon je mnohonásobne väčší ako výkon vstupujúci do obvodu emitora.Nahrádzajú vákuové elektrónky a sú široko používané v technike.
3. Typy polovodičových prvkov.
Okrem planárnych diód na obr.8 a tranzistorov sú na obr.4 aj bodové diódy. Bodové tranzistory (pozri štruktúru na obrázku) sa pred použitím vytvarujú, t.j. prejsť prúd určitej veľkosti, v dôsledku čoho sa pod špičkou drôtu vytvorí oblasť s dierovou vodivosťou. Tranzistory sú typu p-n-p a n-p-n. Označenie a celkový pohľad na obrázku 5.
Existujú foto a tepelné odpory a varistory, pozri obrázok. Medzi planárne diódy patria selénové usmerňovače.Základom takejto diódy je oceľová podložka, potiahnutá na jednej strane vrstvou selénu, čo je polovodič s dierovou vodivosťou (viď obr. 7). Povrch selénu je potiahnutý kadmiovou zliatinou, v dôsledku čoho sa vytvorí film s elektrónovou vodivosťou, v dôsledku čoho sa vytvorí prechod usmerňovacieho prúdu.Čím väčšia je plocha, tým väčší je usmernený prúd.
4. Výroba
Výrobná technológia diódy je nasledovná. Kúsok india sa roztaví na povrchu štvorcovej platne s plochou 2-4 cm2 a hrúbkou niekoľkých zlomkov milimetra, vyrezanej z polovodičového kryštálu s elektronickou vodivosťou. Indium silne fúzuje s platňou.Súčasne prenikajú atómy india
(difundujú) do hrúbky platne, tvoriac v nej oblasť s prevahou dierovej vodivosti. Čím tenší je polovodičový plátok. čím nižší je odpor diódy v priepustnom smere, tým väčší je prúd usmernený diódou. Kontakty diódy sú kvapka india a kovový kotúč alebo tyč s olovenými drôtmi.
Po zložení tranzistora sa namontuje do puzdra, pripojí sa email. svorky na kontaktné dosky kryštálu a výstup z obalu a obal zapečate.
5. Rozsah pôsobnosti
Diódy sú veľmi spoľahlivé, ale hranica ich použitia je od -70 do 125 C. Od r. pre bodovú diódu je kontaktná plocha veľmi malá, takže prúdy, ktoré môžu takéto diódy usmerniť, nie sú väčšie ako 10-15 mA. A používajú sa hlavne na moduláciu vysokofrekvenčných kmitov a na meracie prístroje. Pre každú diódu existujú určité maximálne povolené limity pre dopredný a spätný prúd v závislosti od dopredného a spätného napätia a určujúce jeho usmerňovacie a pevnostné vlastnosti.
Tranzistory, podobne ako diódy, sú citlivé na teplotu a preťaženie a prenikajúce žiarenie. Tranzistory, na rozdiel od rádiových elektrónok, vyhoreli z nesprávneho pripojenia.
-----------------------
Obrázok 2
Obrázok 1
Obrázok 3
Obrázok 4
Obrázok 5
Obrázok 4
POLOVODIČOVÉ DIÓDY
Polovodičové diódy sú polovodičové zariadenia s jedným elektrickým prechodom a dvoma svorkami. Používajú sa na usmerňovanie striedavého prúdu, detekciu premenných kmitov, premenu mikrovlnných kmitov na medzifrekvenčné kmity, stabilizáciu napätia v jednosmerných obvodoch atď. Podľa účelu sa polovodičové diódy delia na usmerňovacie, vysokofrekvenčné, varikapy, zenerove diódy atď. .
usmerňovacie diódy. Usmerňovacie polovodičové diódy sú určené na konverziu striedavého prúdu na jednosmerný prúd.
Základom moderných usmerňovacích diód je prechod elektrón-diera (EHP), ktorý sa získava fúziou alebo difúziou. Použitým materiálom je germánium alebo kremík.
Na získanie veľkých hodnôt usmernených prúdov v usmerňovacích diódach sa používajú EAF s veľkou plochou, pretože pri normálnej prevádzke diódy by hustota prúdu cez križovatku nemala prekročiť 1-2 A / mm2.
Takéto diódy sa nazývajú planárne. Konštrukcia planárnej polovodičovej diódy s nízkym výkonom je znázornená na obr. 2.1, a. Na zlepšenie odvodu tepla v diódach média A vysoký výkon, na ich puzdro je privarená skrutka, pomocou ktorej sú diódy pripevnené k špeciálnemu radiátoru alebo šasi (obr. 2.1, b).
Hlavnou charakteristikou usmerňovacej diódy je jej charakteristika prúdového napätia (CVC). Typ CVC závisí od materiálu polovodiča a teploty (obr. 2.2, a a b).
Hlavné parametre usmerňovacích polovodičových diód sú:
konštantné priepustné napätie U np pri danom priepustnom prúde;
maximálne prípustné spätné napätie U o 6 p max, pri ktorom môže dióda ešte dlho normálne fungovať;
priamy spätný prúd pretekajúci diódou pri spätnom napätí rovnajúcom sa U o 6 p max ;
priemerný usmernený prúd, ktorý môže prechádzať diódou po dlhú dobu pri prijateľnej teplote na jej ohrev;
maximálny povolený výkon rozptýlený diódou, pri ktorý zabezpečuje špecifikovanú spoľahlivosť diódy.
Podľa maximálnej prípustnej hodnoty priemerného usmerneného prúdu sa diódy delia na nízkovýkonové (), stredné ( 
) a vysoký výkon (). Vysokovýkonné usmerňovacie diódy sa nazývajú výkonové diódy.
Prvky usmerňovača s nízkym výkonom, ktoré sú sériovo zapojené usmerňovacie polovodičové diódy, sa nazývajú póly usmerňovača. Vyrábajú sa aj usmerňovacie jednotky, v ktorých sú usmerňovacie diódy zapojené podľa konkrétneho (napríklad mostíkového) obvodu.
Usmerňovacie polovodičové diódy sú schopné pracovať pri frekvenciách 50 ... 10 5 Hz (výkonové diódy - pri frekvenciách 50 Hz), t.j. sú nízkofrekvenčné.
vysokofrekvenčné diódy. Vysokofrekvenčné diódy zahŕňajú polovodičové diódy schopné pracovať pri frekvenciách do 300 MHz. Diódy pracujúce pri frekvenciách nad 300 MHz sa nazývajú mikrovlnné diódy.
So zvyšujúcou sa frekvenciou sa posúvanie diferenciálneho odporu spätne predpätého EAF nabíjacou kapacitou zvyšuje. To vedie k zníženiu spätného odporu a zhoršeniu vlastností usmerňovača diódy. Keďže hodnota nabíjacej kapacity je úmerná ploche EAF, na jej zmenšenie je potrebné zmenšiť plochu EAF.
Mikrozliatinové diódy majú malú spojovaciu plochu, ale sú. nevýhodou je nahromadenie v základni menších nosičov náboja, ktoré sa do nej vstrekujú pri priamom zapnutí diódy. To obmedzuje rýchlosť (frekvenčný rozsah) mikrozliatinových diód.
Bodové diódy schopné pracovať v mikrovlnnom rozsahu majú najlepšiu rýchlosť a tým aj vyššie frekvencie. V ich prevedení je kovová pružina s priemerom cca 0,1 mm pritlačená hrotom na polovodičový kryštál. Materiál pružiny je zvolený tak, aby pracovná funkcia elektrónov z nej bola väčšia ako z polovodiča. V tomto prípade sa na rozhraní kov-polovodič vytvorí bariérová vrstva, ktorá sa nazýva Schottkyho bariéra – podľa mena nemeckého vedca, ktorý tento jav skúmal. Diódy, ktorých činnosť je založená na využití vlastností Schottkyho bariéry, sa nazývajú Schottkyho diódy. V nich je elektrický prúd prenášaný hlavnými nosičmi náboja, v dôsledku čoho nedochádza k vstrekovaniu a hromadeniu menších nosičov náboja.
Vysokofrekvenčné a mikrovlnné diódy sa používajú na usmerňovanie vysokofrekvenčných kmitov (usmerňovač), detekciu (detektor), riadenie úrovne výkonu (spínanie), násobenie frekvencie (násobič) a iné nelineárne transformácie elektrických signálov.
Varicaps. Varikapy sa nazývajú polovodičové diódy, ktorých činnosť je založená na využití závislosti kapacity od spätného napätia. Varicaps sa používajú ako prvok s elektricky riadenou kapacitou.
Charakter závislosti je znázornený na obr. 2.3, a. Táto závislosť sa nazýva kapacitno-napäťová charakteristika varikapu. Hlavné parametre
varikapy sú:
menovitá kapacita meraná pri danom spätnom napätí;
koeficient prekrytia kapacity Kc, určený pomerom varikapových kapacít pri dvoch hodnotách spätného napätia;
maximálne prípustné spätné napätie ;
faktor kvality Q B definovaný ako pomer varikapovej reaktancie k stratovému odporu.
Polovodičové zenerove diódy. Polovodičová zenerova dióda je polovodičová dióda, ktorej napätie sa udržiava s určitou presnosťou, keď sa ňou prechádzajúci prúd mení v danom rozsahu. Je určený na stabilizáciu napätia v jednosmerných obvodoch.
CVC zenerovej diódy je znázornené na obr. 2.4, a, a symbol - na obr. 2,4, b.
Ak sa vytvorí EAF na oboch stranách kremíkovej doštičky, potom sa získa zenerova dióda so symetrickým CVC - symetrická zenerova dióda (obr. 2.4, c).
Pracovná časť zenerovej diódy je časťou elektrického prierazu. Pri zmene prúdu pretekajúceho zenerovou diódou z hodnoty na hodnotu. napätie na ňom sa málo líši od hodnoty.Na tejto vlastnosti je založené použitie zenerových diód.
Princíp činnosti stabilizátora napätia na kremíkovej zenerovej dióde (obr. 2.4, d) spočíva v tom, že pri zmene napätia U VX sa mení prúd pretekajúci zenerovou diódou a napätie na zenerovej dióde a záťaži R sú spojené. paralelne s ním sa prakticky nemení.
Hlavné parametre kremíkových zenerových diód sú:
stabilizačné napätie U st;
minimálne a maximálne stabilizačné prúdy;
maximálny povolený stratový výkon
diferenciálneho odporu v oblasti stabilizácie 
;
teplotný koeficient napätia v stabilizačnom úseku
U moderných zenerových diód sa stabilizačné napätie pohybuje od 1 do 1000 V pri stabilizačných prúdoch od 1 mA do 2 A. Na stabilizáciu napätí menších ako 1 V sa používa priama I–V charakteristika kremíkovej diódy, nazývaná stabistor . Na stabistoroch B. Zapojením zenerových diód (alebo stabistorov) do série môžete získať akékoľvek požadované stabilizačné napätie.
Rozdielový odpor v stabilizačnej časti je približne konštantný a pre väčšinu zenerových diód je 0,5 ... 200 ohmov. Teplotný koeficient napätia môže byť kladný (pre zenerove diódy s) a záporný (pre zenerove diódy s U CT< 6 В) и для большинства стабилитронов находится в пределах (- 0,5... + 0,2) %/°С.
BIPOLÁRNE TRANSISTORY
Bipolárny tranzistor (BT) alebo jednoducho tranzistor je polovodičové zariadenie s dvoma vzájomne pôsobiacimi EHP a tromi alebo viacerými vodičmi, ktorých zosilňovacie vlastnosti sú spôsobené fenoménom vstrekovania a extrakcie malých nosičov náboja.
Prechody elektrón-diera sa vytvárajú medzi tromi oblasťami polovodiča s rôznymi typmi elektrickej vodivosti. V súlade s poradím striedania p- a n-oblastí sa BT delia na tranzistory typu p-p-p a tranzistory typu p-p-p (obr. 2.5).
Stredná oblasť tranzistora sa nazýva báza, jedna krajná oblasť je emitor (E) a druhá je kolektor (K). Zvyčajne je koncentrácia nečistôt v emitore väčšia ako v kolektore. V BT typu p - p - p má základňa elektrickú vodivosť typu p a emitor a kolektor sú typu n.
EAF vytvorený medzi žiaričom a základňou sa nazýva žiarič a medzi základňou a kolektorom - kolektor.
Prevádzkové režimy tranzistorov. V závislosti od toho, ako sú emitorové a kolektorové EAF pripojené k napájacím zdrojom, môže bipolárny tranzistor pracovať v jednom zo štyroch režimov: cutoff, saturation, aktívny a inverzný.
Emitor a kolektor EHP v režime cutoff (obr. 2.6, a) sú posunuté v opačnom smere av režime nasýtenia (obr. 2.6, 6) - v smere dopredu. Kolektorový prúd v týchto režimoch je prakticky nezávislý od napätia a prúdu emitora.
Režimy vypnutia a saturácie sa používajú pri prevádzke BT v impulzných a kľúčových zariadeniach.
Keď je tranzistor v aktívnom režime, jeho prechod emitoru je posunutý v smere dopredu a prechod kolektora v opačnom smere (obr. 2.6, c).
Pôsobením dopredného napätia 11eb prúdi v obvode emitora prúd, ktorý vytvára kolektorový a bázový prúd, takže
Kolektorový prúd obsahuje dve zložky: riadenú, úmernú prúdu emitora a nekontrolovanú, vytvorenú driftom menšinových nosičov cez spätne predpätý kolektorový prechod. Koeficient úmernosti sa nazýva koeficient prenosu statického prúdu žiariča. Pre najmodernejšie BT 
a viac.
Základný prúd obsahuje rekombinačnú zložku v dôsledku elektrónov vstupujúcich do bázy na kompenzáciu kladného náboja dier rekombinujúcich v báze a nekontrolovanú zložku kolektorového prúdu, takže 
Pri použití BT ako zosilňovacieho prvku musí byť jeden zo záverov spoločný pre vstupné a výstupné obvody. V diagrame znázornenom na obr. 2.6, c, spoločná elektróda je základňa. Takýto spínací obvod BT sa nazýva obvod so spoločnou základňou (CB) a zvyčajne je znázornený tak, ako je znázornené na obr. 2.7, a. Okrem obvodu OB sa v praxi používajú aj obvody so spoločným emitorom (OE) a spoločným kolektorom (OC).
V obvode OE (obr. 2.7, b) je vzťah medzi výstupným a vstupným prúdom určený rovnicou
Koeficient sa nazýva koeficient prenosu statického prúdu bázy. Súvisí to s pomerom
O hodnoty sú v rozmedzí 19...99.
Zložkou je spätný (neriadený) kolektorový prúd v OE obvode. Tento prúd súvisí so spätným prúdom v obvode
O pomere
Zo vzťahu (2.4) vyplýva, že kolektorový spätný prúd v obvode OE je oveľa väčší ako v obvode OB. To znamená, že zmena teploty v obvode OE má väčší vplyv na zmenu prúdov (a tým aj na zmenu statických charakteristík a parametrov) ako v obvode OB. Toto je jedna z nevýhod zapnutia BT podľa schémy OE.
Keď zapnete BT podľa schémy OK. (obr. 2.7, c) vzťah medzi výstupným a vstupným prúdom je určený vzťahom
Z porovnania výrazov (2.2) a (2.5) vyplýva, že závislosti medzi vstupnými a výstupnými prúdmi BT v obvodoch OE a OK sú približne rovnaké. To umožňuje použiť rovnaké charakteristiky a parametre na výpočet schém OE a OK.
Inverzný režim sa líši od aktívneho režimu opačnou polaritou napätí aplikovaných na EHF emitora a kolektora.
Statické charakteristiky. Statické charakteristiky vyjadrujú zložité vzťahy medzi prúdmi a napätiami.
tranzistorových elektród a závisí od spôsobu zapnutia.
 |
Na obr. 2.8 a ukazuje rodinu vstupných charakteristík typu BT n - p - n zaradených podľa schémy OE, ktoré vyjadrujú závislosť pri . Keď je vstupná charakteristika
priama vetva CVC emitora EHP. Pri kladnom kolektorovom napätí sa vstupná charakteristika posúva doprava.
Výstupné charakteristiky (obr. 2.8, b) odrážajú závislosť pri. Strmá časť charakteristík zodpovedá režimu nasýtenia a plochá časť zodpovedá aktívnemu režimu. Vzťah medzi kolektorovým a bázovým prúdom v rovnej oblasti je určený výrazom (2.2).
Parametre statického režimu s nízkym signálom. Keď tranzistor pracuje v zosilňovacom režime, jeho vlastnosti sú určené parametrami malého signálu, pre ktoré možno tranzistor považovať za lineárny prvok. V praxi sa najväčšieho využitia dočkali small-signal hybrid alebo h-parametre. Prúdy a napätia pri malých amplitúdach premenných zložiek v sústave h-parametrov súvisia nasledujúcimi vzťahmi:
- vstupná impedancia;
- faktor spätnej väzby napätia
- koeficient prenosu prúdu;
- výstupná vodivosť.
Parametre a sa merajú v režime skratu výstupného obvodu a parametre a sa merajú v režime nečinnosti vstupného obvodu. Tieto režimy sa dajú ľahko implementovať. Hodnoty h-parametrov závisia od spôsobu zapnutia tranzistora a pri nízkych frekvenciách sa dajú určiť zo statických charakteristík. V tomto prípade sú amplitúdy malých prúdov a napätí nahradené prírastkami. Takže napríklad, keď je tranzistor zapnutý podľa obvodu s OE, vzorce pre parametre a určené vstupnými charakteristikami v bode A (obr. 2.8, a) sú napísané ako:
Parametre a sú určené výstupnými (obr. 2.8, b) charakteristikami podľa vzorcov:
Podobne sa -parametre určujú pri zapnutí tranzistora podľa obvodu s OB.
Parametre malého signálu a nazývajú sa prenosové koeficienty prúdu emitora a základného prúdu. Charakterizujú aktuálne zosilňovacie vlastnosti tranzistora pre premenlivé signály a ich hodnoty závisia od prevádzkového režimu tranzistora a od frekvencie zosilnených signálov. Takže so zvyšujúcou sa frekvenciou modul základného koeficientu prenosu prúdu klesá
Frekvencia, pri ktorej klesá o faktor v porovnaní s jej hodnotou pri nízkej frekvencii, sa nazýva medzná frekvencia prenosu základného prúdu a označuje sa. Frekvencia, pri ktorej klesá na 1, sa nazýva medzná frekvencia BT a označuje sa . Podľa hodnoty medznej frekvencie sa tranzistory delia na nízkofrekvenčné, stredofrekvenčné, vysokofrekvenčné a supervysokofrekvenčné.
TYRISTORY
Tyristor je bistabilné polovodičové zariadenie, ktoré má tri alebo viac prechodov a môže sa prepínať z uzavretého na otvorený a naopak.
Tyristory s dvoma vodičmi sa nazývajú diódy alebo dinistory a s tromi vodičmi - trióda alebo trinistory.
Dinistorov.Štruktúra dinistora pozostáva zo štyroch polovodičových oblastí so striedajúcimi sa typmi elektrickej vodivosti. 
medzi ktorými vznikajú tri EHP. Krajné EAF sú emitorové a prostredné kolektorové. Oblasť sa nazýva žiarič alebo anóda, oblasť sa nazýva katóda.
Priamemu pripojeniu dinistora zodpovedá pripojenie dinistorovej anódy na kladný pól externého zdroja a katódy na záporný. Keď je polarita zdrojového napätia obrátená, dôjde k spätnému prepínaniu.
Pri priamom zapojení môže byť dinistor reprezentovaný ako kombinácia dvoch tranzistorov p - n - p a n - p - n (obr. 2.9, a) s koeficientmi prenosu prúdu emitora a.
Prúd pretekajúci dinistorom obsahuje dierovú vstrekovaciu zložku tranzistora, elektronickú vstrekovaciu zložku tranzistora a spätný prúd kolektorového prechodu, t.j.
Dinistor je zatiaľ zatvorený. O 
v dinistore sa vyvinú procesy, ktoré vedú k lavínovitému zvýšeniu vstrekovacích zložiek prúdu a prepnutiu kolektorového prechodu do dopredného smeru. V tomto prípade odpor dinistora prudko klesá a pokles napätia na ňom nepresahuje 1-2 V. Zvyšok napätia zdroja klesá na obmedzujúcom odpore (obr. 2.9, b).
Keď sa dinistor opäť zapne, preteká ním malý spätný prúd.
trinistorov. Trinistor sa líši od dinistora v prítomnosti dodatočného riadiaceho výstupu zo základnej oblasti (obr. 2.10, a). Záver môže byť vyrobený z akéhokoľvek základu. Zdroj pripojený k tomuto kolíku vytvára
riadiaci prúd, ktorý sa sčítava s hlavným prúdom. V dôsledku toho dochádza k prepínaniu trinistora zo zatvoreného stavu do otvoreného stavu pri nižšej hodnote U a (obr. 2.10, b).
V päťvrstvových štruktúrach 
vhodným vykonaním extrémnych oblastí môžete získať symetrický CVC (obr. 2.10, c). Takýto tyristor sa nazýva symetrický. Môže to byť dióda (diak) alebo trióda (triak).
Vypnutie tyristora sa vykonáva znížením (alebo prerušením) anódového prúdu alebo zmenou polarity anódového napätia.
Uvažované tyristory sa nazývajú neuzamykateľné. Nechýbajú ani uzamykateľné tyristory, ktoré možno zmenou prúdu riadiacej elektródy prepínať z otvoreného na zatvorené. Líšia sa od neuzamykateľných prevedení.
Parametre tyristora. Hlavné parametre tyristorov sú:
zapínacie napätie;
prúd ovládania odblokovania ;
vypínací prúd;
zvyškové napätie U np ;
čas zapnutia t on;
voľný čas ;
čas oneskorenia t3;
maximálne rýchlosti dopredného napätia (du/dt) max a dopredného prúdu (di/dl) max.
Tyristory sú široko používané v riadených usmerňovačoch, DC-na-AC prevodníkoch (invertoroch), stabilizátoroch napätia,
ako bezdotykové spínače, v elektrických pohonoch, automatizačných zariadeniach, telemechanike, výpočtovej technike atď.
Bežné grafické označenia tyristorov sú na obr. 2.11.
POLE TRANSISTORY
Tranzistor s efektom poľa (FET) je polovodičové zariadenie, ktorého zosilňovacie vlastnosti sú spôsobené tokom hlavných nosičov náboja rovnakého znamienka, prúdiacich cez vodivý kanál, a ktoré je riadené elektrickým poľom.
Riadiaca elektróda izolovaná od kanála sa nazýva brána. Podľa spôsobu izolácie brány sú tranzistory s efektom poľa rozdelené do troch typov:
1) s ovládacím p - n-prechodom, alebo s p - t-závierkou;
2) s kovovo-polovodičovým hradlom, alebo so Schottkyho hradlom;
3) s izolovanou bránou.
Tranzistory s efektom poľa s p-n -závierka. V tranzistore s efektom poľa s p-n-gate (obr. 2.12) je kanál typu n izolovaný od substrátu a p-n-gate
ťahy, ktoré sa v dôsledku splnenia podmienky tvoria najmä v koryte. Keď je hrúbka kanála najväčšia a jeho odpor je minimálny. Ak sa na bránu aplikuje záporné napätie vzhľadom na zdroj, potom sa p-n prechody rozšíria, hrúbka kanála sa zníži a jeho odpor sa zvýši. Preto, ak je zdroj napätia pripojený medzi zdroj a kolektor, potom prúd Ic pretekajúci kanálom môže byť riadený zmenou odporu kanála pomocou napätia aplikovaného na hradlo. Na tomto princípe je založená činnosť FET s p - n-závierkou.
Hlavnými statickými charakteristikami FET s p-n-gate sú prenosové (drain-gate) a výstupné (drain) charakteristiky (obr. 2.13).
Hradlové napätie, pri ktorom je kanál úplne zablokovaný a odtokový prúd klesá na desatiny mikroampéra, sa nazýva medzné napätie a označuje sa .
Odtokový prúd pri U 3I = 0 sa nazýva počiatočný odtokový prúd.
Výstupné charakteristiky obsahujú strmé alebo ohmické a ploché oblasti. Plochá oblasť sa tiež nazýva oblasť nasýtenia alebo oblasť prekrytia kanálov.
Odtokový prúd, ktorý preteká kanálom, vytvára pokles napätia na svojom rozloženom odpore, čo zvyšuje spätné napätie kanál-brána a kanál-substrát, čo vedie k zníženiu hrúbky kanála. Spätné napätia dosahujú najväčšiu hodnotu na hranici s odtokom av tejto oblasti sa zúženie kanála ukazuje ako maximálne (obr. 2.12). Pri určitej hodnote napätia sa oba p-n prechody uzavrú v oblasti odtoku a kanál sa prekrýva. Toto odtokové napätie sa nazýva prekrývajúce sa napätie alebo saturačné napätie (). Keď sa na bránu privedie spätné napätie, dôjde k ďalšiemu zúženiu kanála a jeho prekrytie nastane pri nižšej hodnote napätia.
Tranzistory s efektom poľa so Schottkyho hradlom. IN Pia Pri Schottkyho hradle je odpor kanála riadený zmenou, pri pôsobení hradlového napätia, hrúbky usmerňovacieho spoja vytvoreného na rozhraní medzi kovom a polovodičom. V porovnaní s p - n-prechodom vám rektifikačný prechod kov-polovodič umožňuje výrazne znížiť dĺžku kanála: až 0,5 ... 1 μm. Zároveň sa výrazne zmenšujú aj rozmery celej štruktúry FET, v dôsledku čoho sú FETy so Schottkyho bariérou schopné pracovať na vyšších frekvenciách - až 50...80 GHz.
Tranzistory s efektom poľa s izolovaným hradlom. Tieto tranzistory majú kovovo - dielektrickú - polovodičovú štruktúru a stručne sa nazývajú tranzistory MIS. Ak sa ako dielektrikum používa oxid kremičitý, nazývajú sa tiež MOSFET.
Existujú dva typy tranzistorov MOS: s indukovanými a so vstavanými kanálmi.
V MIS tranzistoroch s indukovaným kanálom typu p (obr. 2.14) oblasť odtoku a zdroja typu p tvoria dva protiľahlé substráty s n oblasťou substrátu
zapnuté EAF a keď sa k nim pripojí zdroj akejkoľvek polarity, v obvode nebude prúd. Ak sa však na hradlo aplikuje záporné napätie vzhľadom na zdroj a substrát, potom pri dostatočnej hodnote tohto napätia v povrchovej vrstve polovodiča umiestnenom pod hradlom dôjde k inverzii typu elektrickej vodivosti. a p-oblasti odtoku a zdroja budú spojené kanálom typu p. Toto hradlové napätie sa nazýva prahové napätie a označuje sa . S nárastom napätia záporného hradla sa zvyšuje hĺbka prieniku inverznej vrstvy do polovodiča, čo zodpovedá zväčšeniu hrúbky kanála a zníženiu jeho odporu.
Prenosové a výstupné charakteristiky MOS tranzistora s indukovaným kanálom typu p sú znázornené na obr. 2.15. Pokles napätia na odpore kanála znižuje napätie medzi hradlom a hradlom
a hrúbku kanála a kanála. Najväčšie zúženie kanála bude na odtoku, kde je napätie najmenšie 
.
V tranzistoroch MOS so zabudovaným kanálom medzi oblasťami kolektora a zdroja je už vo výrobnej fáze vytvorená tenká povrchová vrstva (kanál) s rovnakým typom elektrickej vodivosti ako kolektor a zdroj. Preto v takýchto tranzistoroch prúdi odtokový prúd, nazývaný počiatočný prúd.
Statický výstup a prenosové charakteristiky tranzistora MIS so zabudovaným kanálom typu p sú znázornené na obr. 2.16.
Diferenciálne parametre PT. Okrem parametrov diskutovaných vyššie sú vlastnosti FET charakterizované diferenciálnymi parametrami: strmosť prenosovej charakteristiky alebo strmosť FET; diferenciálny odpor a statický zisk.
Strmosť FET pri charakterizuje zosilňovacie vlastnosti tranzistora a pre tranzistory s nízkym výkonom je zvyčajne niekoľko mA/V.
Rozdielový odpor at je odpor FET kanála voči striedavému prúdu.
Strmosť FET možno určiť zo statickej výstupnej alebo prenosovej charakteristiky (obr. 2.16) na základe výrazu
a diferenciálny odpor - podľa výstupných charakteristík v súlade s výrazom
Statický zisk 
at sa zvyčajne vypočíta podľa vzorca .
Bežné grafické označenia tranzistorov s efektom poľa sú na obr. 2.17.
Tranzistory s efektom poľa sa používajú v zosilňovačoch s vysokým vstupným odporom, kľúčových a logických zariadeniach, ako aj v riadených atenuátoroch ako prvok, ktorého odpor sa mení pod vplyvom riadiaceho napätia.
Podobné informácie.
Moskovská štátna banícka univerzita
Esej
na predmet OBVODOVÉ TECHNIKA
Polovodičové zariadenia.
(dióda, tranzistor, tranzistor s efektom poľa)
čl. gr. CAD-1V-96
Carev A.V.
Moskva 1999
Obsah
polovodičové diódy.
polovodičové tranzistory.
Poľné tranzistory MIS.
Literatúra.
Polovodičové diódy
Dióda - polovodičové zariadenie, ktoré prechádza elektrickým prúdom iba v jednom smere a má dve svorky na zaradenie do elektrického obvodu.
Polovodičová dióda je polovodičové zariadenie s p-n prechodom. Pracovným prvkom je kryštál germánia, ktorý má vďaka malému prídavku donorovej nečistoty vodivosť typu n. Aby sa v ňom vytvorili p-n spoje, indium sa nataví do jedného z jeho povrchov. V dôsledku difúzie atómov india hlboko do monokryštálu germánia sa v blízkosti povrchu germánia vytvorí oblasť typu p. Zvyšok germánia je stále n-typu. Medzi týmito dvoma oblasťami sa vyskytuje p-n spojenie. Aby sa zabránilo škodlivým účinkom vzduchu a svetla, je germániový kryštál umiestnený v hermetickom puzdre. zariadenie a schematické znázornenie polovodičovej diódy:
Výhody polovodičových diód sú malé rozmery a hmotnosť, dlhá životnosť, vysoká mechanická pevnosť; nevýhodou je závislosť ich parametrov od teploty.
Voltampérová charakteristika diódy (pri vysokom napätí sila prúdu dosiahne svoju maximálnu hodnotu - saturačný prúd) je nelineárna, preto sa vlastnosti diódy odhadujú podľa strmosti charakteristiky:
Polovodičové tranzistory
Vlastnosti p-n prechodu možno využiť na vytvorenie zosilňovača elektrických kmitov, nazývaného polovodičová trióda alebo tranzistor.
V polovodičovej trióde sú dve p-oblasti kryštálu oddelené úzkou n-oblasťou. Takáto trióda sa bežne označuje p-n-p. Môžete urobiť aj n-p-n triódu, t.j. na oddelenie dvoch n-oblastí kryštálu s úzkou p-oblasťou (obr.).
Trióda typu p-n-p pozostáva z troch oblastí, z ktorých vonkajšia má dierovú vodivosť a stredná má elektrickú vodivosť. Na týchto troch oblastiach triódy sú vytvorené nezávislé kontakty e, b a k, čo umožňuje aplikovať rôzne napätia na ľavý p-n prechod medzi kontaktmi e a b a na pravý n-p prechod medzi kontaktmi b a k.
Ak sa na pravú križovatku privedie spätné napätie, potom sa zablokuje a pretečie cez ňu veľmi malý spätný prúd. Teraz aplikujme jednosmerné napätie na ľavý p-n-prechod, potom cez neho začne pretekať významný dopredný prúd.
Jedna z oblastí triódy, napríklad ľavá, zvyčajne obsahuje stokrát viac dopantu typu p, ako je množstvo n-nečistoty v n-oblasti. Preto dopredný prúd cez p-n prechod bude pozostávať takmer výlučne z otvorov pohybujúcich sa zľava doprava. Akonáhle sú v n-oblasti triódy, diery, ktoré vykonávajú tepelný pohyb, difundujú smerom k n-p prechodu, ale čiastočne majú čas na rekombináciu s voľnými elektrónmi n-oblasti. Ak je však n-oblasť úzka a nie je v nej príliš veľa voľných elektrónov (nie výrazný vodič typu n), potom väčšina dier dosiahne druhý prechod a keď sa do neho dostane, bude sa pohybovať svojím poľom. do pravej p-oblasti. V dobrých triódach je tok otvorov prenikajúcich do pravej p-oblasti 99 % alebo viac z toku prenikajúceho vľavo do n-oblasti.
Ak pri absencii napätia medzi bodmi h a b je spätný prúd v n-p prechode veľmi malý, potom po objavení sa napätia na svorkách h a b je tento prúd takmer taký veľký ako jednosmerný prúd vľavo. prechod. Týmto spôsobom môžete ovládať silu prúdu v pravom (uzamknutom) n-p prechode pomocou ľavého p-n prechodu. Uzavretím ľavého prechodu zastavíme prúd cez pravý prechod; otvorením ľavej križovatky dostaneme prúd do pravej križovatky. Zmenou hodnoty priepustného napätia na ľavom prechode tým zmeníme silu prúdu v pravom prechode. To je základ pre použitie p-n-p triódy ako zosilňovača.
Počas činnosti triódy (obr.) je záťažový odpor R pripojený k pravej križovatke a pomocou batérie B sa aplikuje spätné napätie (desiatky voltov), ktoré blokuje spoj. V tomto prípade preteká prechodom veľmi malý spätný prúd a celé napätie batérie B sa aplikuje na n-p prechod. Pri zaťažení je napätie nulové. Ak teraz privedieme malé priepustné napätie na ľavú križovatku, tak cez ňu začne pretekať malý priepustný prúd. Takmer rovnaký prúd začne pretekať cez pravú križovatku, čím sa vytvorí pokles napätia na odpore záťaže R. Napätie na pravom n-p prechode sa zníži, pretože teraz časť napätia batérie klesne na odpore záťaže.
So zvýšením priepustného napätia na ľavom prechode sa zvyšuje prúd cez pravý prechod a zvyšuje sa napätie na odpore záťaže R. Keď je ľavý p-n prechod otvorený, prúd cez pravý n-p prechod sa stáva takým veľkým, že dochádza k výraznému nárastu napätia. časť napätia batérie B klesne cez odpor záťaže R.
Privedením dopredného napätia rovnajúceho sa zlomkom voltu na ľavú križovatku teda môžete cez záťaž dostať veľký prúd a napätie na ňom bude podstatnou časťou napätia batérie B, t.j. desiatky voltov. Zmenou napätia privádzaného do ľavého prechodu o stotiny voltu zmeníme napätie na záťaži o desiatky voltov. týmto spôsobom sa získa zosilnenie napätia.
Prúdové zosilnenie s týmto triódovým spínacím obvodom sa nedosiahne, pretože prúd tečúci cez pravú križovatku je dokonca o niečo menší ako prúd pretekajúci ľavou križovatkou. Ale kvôli zosilneniu napätia tu dochádza k zosilneniu výkonu. V konečnom dôsledku dochádza k zosilneniu výkonu v dôsledku energie zdroja B.
Činnosť tranzistora možno prirovnať k pôsobeniu priehrady. Pomocou stáleho zdroja (prietok rieky) a hrádze vzniká rozdiel vodnej hladiny. Tým, že minieme veľmi málo energie na vertikálny pohyb uzáveru, môžeme riadiť tok vody veľkej sily, t.j. ovládať energiu silného konštantného zdroja.
Prechod zapnutý v smere prúdenia (vľavo na obrázkoch) sa nazýva emitor a prechod zapnutý v smere blokovania (vpravo na obrázkoch) sa nazýva kolektor. Stredná oblasť sa nazýva základňa, ľavá je emitor a pravá je kolektor. Hrúbka základne je len niekoľko stotín alebo tisícin milimetra.
Životnosť polovodičových triód a ich účinnosť je mnohonásobne väčšia ako u elektrónok. Vďaka tomu sú tranzistory široko používané v mikroelektronike - televízia, video, audio, rádiové zariadenia a samozrejme v počítačoch. Nahrádzajú vákuové trubice v mnohých elektrických obvodoch vedeckých, priemyselných a domácich zariadení.
Výhody tranzistorov v porovnaní s vákuovými elektrónkami sú rovnaké ako u polovodičových diód - absencia horúcej katódy, ktorá spotrebúva značnú energiu a trvá jej zahriatie. Okrem toho samotné tranzistory majú mnohokrát menšiu hmotnosť a veľkosť ako elektrické žiarovky a tranzistory sú schopné pracovať pri nižších napätiach.
Ale spolu s pozitívnymi vlastnosťami majú triódy aj svoje nevýhody. Podobne ako polovodičové diódy, aj tranzistory sú veľmi citlivé na zvýšenie teploty, elektrické preťaženie a vysoko prenikavé žiarenie (aby bol tranzistor odolnejší, je zabalený v špeciálnom „puzdre“).
Hlavnými materiálmi, z ktorých sa vyrábajú triódy, sú kremík a germánium.
Poľné tranzistory MIS.
Tranzistor s efektom poľa (FET) je trojelektródové polovodičové zariadenie, v ktorom hlavnými nosičmi náboja pôsobením pozdĺžneho elektrického poľa vzniká elektrický prúd a prúd je riadený priečnym elektrickým poľom vytvoreným napätím. na riadiacej elektróde.
Veľké miesto v elektronike v posledných rokoch zaujímajú zariadenia, ktoré využívajú javy v povrchovej vrstve polovodiča. Hlavným prvkom takýchto zariadení je štruktúra Metal-Dielectric-Semiconductor /MDP/. Vrstva oxidu, ako je oxid kremičitý, sa často používa ako dielektrická vrstva medzi kovom a polovodičom. Takéto štruktúry sa nazývajú štruktúry MOS. Kovová elektróda sa zvyčajne nanáša na dielektrikum vákuovým naprašovaním. Táto elektróda sa nazýva brána.
FET sú unipolárne polovodičové zariadenia, pretože ich činnosť je založená na unášaní nosičov náboja rovnakého znamienka v pozdĺžnom elektrickom poli cez riadený kanál typu n alebo p. Prúd cez kanál je riadený priečnym elektrickým poľom a nie prúdom, ako v bipolárnych tranzistoroch. Preto sa takéto tranzistory nazývajú tranzistory s efektom poľa.
Tranzistory s efektom poľa s bránou vo forme p-n prechodu, v závislosti od kanála, sú rozdelené na FET s kanálom typu p a n. Kanál typu p má dierovú vodivosť a kanál typu n má elektronickú vodivosť.
Ak sa na bránu aplikuje určité predpätie vzhľadom na polovodič, potom sa blízko povrchu polovodiča objaví oblasť priestorového náboja, ktorej znamienko je opačné ako znamienko náboja na bráne. V tejto oblasti sa koncentrácia súčasných nosičov môže výrazne líšiť od ich hromadnej koncentrácie.
Nabíjanie blízkej povrchovej oblasti polovodiča vedie k vzniku potenciálneho rozdielu medzi ním a objemom polovodiča a následne k zakriveniu energetických pásov. Pri zápornom náboji na bráne sa energetické pásy ohýbajú nahor, pretože keď sa elektrón pohybuje z objemu na povrch, jeho energia sa zvyšuje. Ak je brána kladne nabitá, zóny sa ohýbajú.
Na obrázku je znázornená pásová štruktúra n-polovodiča s negatívnym nábojom na hradle a sú uvedené označenia hlavných veličín charakterizujúcich povrch; potenciálny rozdiel medzi povrchom a objemom polovodiča; ohýbanie zón v blízkosti povrchu; uprostred zakázaného pásma. Z obrázku je možné vidieť, že vo väčšine polovodičov je vzdialenosť od spodnej časti vodivého pásma k Fermiho hladine menšia ako vzdialenosť od Fermiho hladiny k vrcholu valenčného pásu. Preto je rovnovážna koncentrácia elektrónov väčšia ako koncentrácia dier: ako by to malo byť v n-polovodičoch. V povrchovej vrstve priestorového náboja sú pásy ohnuté a vzdialenosť od spodnej časti vodivého pásu k Fermiho hladine sa plynule zväčšuje, keď sa pohybuje k povrchu, a vzdialenosť k Fermiho hladine od vrcholu valenčného pásu. neustále klesá.
Ohyb zón blízko povrchu sa často vyjadruje v jednotkách kT a označuje sa Ys. Potom počas vytvárania oblasti blízko povrchu polovodiča môžu nastať tri dôležité prípady: vyčerpanie, inverzia a obohatenie tejto oblasti o nosiče náboja. Tieto prípady pre polovodiče typu n a p sú znázornené na obr.
Oblasť vyčerpania sa objaví, keď sa znamienko hradlového náboja zhoduje so znamienkom väčšinových prúdových nosičov. Ohýbanie pásu spôsobené takýmto nábojom vedie k zväčšeniu vzdialenosti od Fermiho hladiny k spodnej časti vodivého pásma v polovodiči typu n a k hornej časti valenčného pásma v polovodiči typu p. Nárast tejto vzdialenosti je sprevádzaný vyčerpaním oblasti blízko povrchu hlavnými nosičmi. Pri vysokej hustote náboja hradla, ktorého znamienko sa zhoduje so znamienkom náboja väčšinových nosičov, keď sa človek blíži k povrchu, vzdialenosť od Fermiho hladiny k vrcholu valenčného pásma v polovodiči typu n sa ukáže aby bola menšia ako vzdialenosť k spodnej časti vodivého pásu. Výsledkom je, že koncentrácia nehlavných nosičov náboja /dier/ na povrchu polovodiča je vyššia ako koncentrácia majoritných nosičov a mení sa typ vedenia v tejto oblasti, hoci je tam málo elektrónov a dier, takmer ako vo vlastnom polovodiči. V blízkosti povrchu však môže byť toľko alebo dokonca viac neväčšinových nosičov, koľko je väčšinových nosičov v prevažnej časti polovodiča. Takéto dobre vodivé vrstvy v blízkosti povrchu s typom vodivosti opačným ako objemová sa nazývajú inverzné vrstvy. K inverznej vrstve hlboko od povrchu prilieha vrstva vyčerpania.
Ak je znamienko hradlového náboja opačné ako znamienko náboja hlavných prúdových nosičov v polovodiči, tak pod jeho vplyvom sú hlavné nosiče priťahované k povrchu a pripovrchová vrstva je nimi obohatená. Takéto vrstvy sa nazývajú obohatené.
V integrovanej elektronike sa štruktúry MIS široko používajú na vytváranie tranzistorov a rôznych integrovaných mikroobvodov na nich založených. Na obr. schematicky znázorňuje štruktúru tranzistora MIS s izolovaným hradlom. Tranzistor pozostáva z kremíkového kryštálu (napríklad typu n), na povrchu ktorého sa difúziou /alebo implantáciou iónov/ do okienok v oxide vytvárajú p-oblasti, ako je znázornené na obr. Jedna z týchto oblastí sa nazýva zdroj, druhá sa nazýva odtok. Na ich vrchu sú aplikované ohmické kontakty. Medzera medzi oblasťami je pokrytá kovovým filmom izolovaným od povrchu kryštálu vrstvou oxidu. Táto tranzistorová elektróda sa nazýva brána. Na hranici medzi p- a n-regiónmi sa objavujú dva p-n-križovatky - zdroj a odtok, ktoré sú znázornené na obrázku. zobrazené so šrafovaním.
Na obr. je znázornená schéma zahrnutia tranzistora do obvodu: plus je pripojený k zdroju, mínus zdroja napätia k odtoku a mínus zdroja k bráne. Pre jednoduchosť budeme predpokladať, že neexistuje žiadny rozdiel kontaktného potenciálu, žiadny náboj v oxide a žiadne povrchové stavy. Potom sa vlastnosti povrchovej oblasti pri absencii napätia na bráne nijako nelíšia od vlastností polovodičov vo veľkom. Odpor medzi odtokom a zdrojom je veľmi vysoký, pretože odtokový p-n prechod je pod spätným predpätím. Aplikácia negatívneho predpätia na hradlo vedie najskôr k vytvoreniu oblasti vyčerpania pod hradlom a pri určitom napätí nazývanom prah k vytvoreniu inverznej oblasti spájajúcej zdrojovú a odtokovú p-oblasť s vodivým kanálom. Pri vyššom napätí hradla sa kanál rozširuje a odpor zdroja odtoku sa zmenšuje. Uvažovaná štruktúra je teda riadený odpor.
Odpor kanála je však určený iba hradlovým napätím iba pri nízkych odberových napätiach. S nárastom nosiče opúšťajú kanál do oblasti klesania, vrstva vyčerpania na odtokovom n-p spoji sa rozširuje a kanál sa zužuje. Závislosť prúdu na odtokovom napätí sa stáva nelineárnou.
Keď sa kanál zužuje, počet nosičov voľného prúdu pod bránou klesá, keď sa blíži k odtoku. Aby bol prúd v kanáli v ktorejkoľvek z jeho sekcií rovnaký, elektrické pole pozdĺž kanála musí byť v tomto prípade nerovnomerné, jeho sila sa musí zvyšovať, keď sa blíži k odtoku. Okrem toho výskyt koncentračného gradientu nosičov voľného prúdu pozdĺž kanála vedie k objaveniu sa difúznej zložky prúdovej hustoty.
Pri určitom napätí na odtoku sa kanál na odtoku upchá, s ešte väčším posunom sa kanál skráti smerom k zdroju. Uzavretie kanála však nevedie k vymiznutiu odtokového prúdu, pretože vo vrstve vyčerpania, ktorá blokovala kanál, elektrické pole ťahá diery pozdĺž povrchu. Keď prúdové nosiče z kanála vstúpia do tejto oblasti v dôsledku difúzie, sú zachytené poľom a prenesené do odtoku. Keď sa teda zvýši napätie odtoku, čisto driftový mechanizmus pohybu nosiča prúdu pozdĺž kanála je nahradený mechanizmom difúzneho driftu.
Mechanizmus toku prúdu v tranzistore MIS s uzavretým kanálom má niektoré spoločné znaky s tokom prúdu v reverzne predpätom n-p prechode. Pripomeňme, že v n-p prechode vstupujú menšinové prúdové nosiče do oblasti priestorového náboja prechodu v dôsledku difúzie a sú potom zachytené jeho poľom.
Ako ukazuje teória a experiment, po uzavretí kanála je odtokový prúd prakticky nasýtený. Hodnota saturačného prúdu závisí od napätia hradla; čím vyššie, tým širší je kanál a väčší saturačný prúd. Toto je typický tranzistorový efekt - napätie hradla (vo vstupnom obvode) môže byť riadené odberovým prúdom (prúd vo výstupnom obvode). Charakteristickým znakom MOS tranzistorov je, že ich vstupom je kondenzátor tvorený kovovým hradlom izolovaným od polovodiča.
Na rozhraní polovodič-dielektrikum sa v zakázanom pásme polovodiča nachádzajú energetické stavy nazývané povrchové alebo presnejšie stavy rozhrania. Vlnové funkcie elektrónov v týchto stavoch sú lokalizované blízko rozhrania v oblastiach rádu mriežkovej konštanty. Dôvodom vzniku uvažovaných stavov je nedokonalosť rozhrania polovodič-dielektrikum (oxid). Na reálnych rozhraniach vždy existuje určitý počet visiacich väzieb a stechiometria zloženia filmu dielektrického oxidu je narušená. Hustota a povaha stavov rozhrania v podstate závisia od technológie vytvárania dielektrického filmu.
Prítomnosť povrchových stavov na rozhraní polovodič-dielektrikum nepriaznivo ovplyvňuje parametre MIS tranzistora, keďže časť náboja indukovaného pod hradlom v polovodiči je zachytená týmito stavmi. Úspech pri vytváraní tranzistorov s efektom poľa uvažovaného typu bol dosiahnutý po vývoji technológie vytvárania filmu na kremíkovom povrchu s nízkou hustotou stavov rozhrania.
V samotnom oxide kremičitom je vždy pozitívny „zabudovaný“ náboj, ktorého podstata ešte nie je úplne objasnená. Hodnota tohto náboja závisí od technológie výroby oxidu a často sa ukazuje, že je taká veľká, že ak sa ako substrát použije kremík typu p, potom sa v blízkosti jeho povrchu vytvorí inverzná vrstva aj pri nulovom predpätí brány. Takéto tranzistory sa nazývajú tranzistory so zabudovaným kanálom. Kanál v nich je zachovaný, aj keď je na bránu aplikované nejaké negatívne predpätie. Na rozdiel od nich v tranzistoroch vyrobených na n-podložke, v ktorých je na vytvorenie inverznej vrstvy potrebný príliš veľký oxidový náboj, sa kanál objaví len vtedy, keď sa na hradlo privedie napätie presahujúce určitú prahovú hodnotu. Toto predpätie hradla musí mať záporné znamienko pre tranzistory s n-substrátom a kladné v prípade p-substrátov.
Pri vysokých napätiach odberu tranzistora MIS sa oblasť priestorového náboja z oblasti odberu môže rozšíriť tak silno, že kanál úplne zmizne. Potom sa nosiče z oblasti silne dotovaného zdroja ponáhľajú do odtoku, rovnako ako keď je "prepichnutá" báza bipolárneho tranzistora.
Literatúra:
"Solid State Electronics" G.I.Epifanov, Yu.A.Moma.
"Elektronika a mikroobvodové inžinierstvo" V.A. Skarzhepa, A.N. Lucenko.
Pripravené
Žiak 10 "A" triedy
Škola č.610
Ivchin Alexey
Abstrakt na tému:
"Polovodičové diódy a tranzistory, oblasti ich použitia"
1. Polovodiče: teória a vlastnosti
2. Základné polovodičové prvky (štruktúra a použitie)
3. Druhy polovodičových prvkov
4. Výroba
5. Rozsah pôsobnosti
1. Polovodiče: teória a vlastnosti
Najprv sa musíte zoznámiť s mechanizmom vedenia v polovodičoch. A na to musíte pochopiť povahu väzieb, ktoré držia atómy polovodičového kryštálu vedľa seba. Predstavte si napríklad kremíkový kryštál.
Kremík je štvormocný prvok. To znamená, že vo vonkajšom
obal atómu má štyri elektróny, relatívne slabo viazané
s jadrom. Počet najbližších susedov každého atómu kremíka sa tiež rovná
štyri. Interakcia dvojice susedných atómov sa uskutočňuje pomocou
paonoelektronická väzba, nazývaná kovalentná väzba. Vo vzdelávaní
táto väzba z každého atómu zahŕňa jeden valenčný elektrón, ktorý
ktoré sú odštiepené od atómov (kolektivizované kryštálom) a
trávia väčšinu času v priestore medzi nimi
susedné atómy. Ich záporný náboj udržuje kladné ióny kremíka blízko seba. Každý atóm tvorí štyri väzby so svojimi susedmi,
a ktorýkoľvek valenčný elektrón sa môže pohybovať pozdĺž jedného z nich. Po dosiahnutí susedného atómu sa môže presunúť na ďalší a potom ďalej pozdĺž celého kryštálu.
Valenčné elektróny patria celému kryštálu. Párovo-elektrónové väzby kremíka sú dosť pevné a nelámu sa pri nízkych teplotách. Preto kremík pri nízkych teplotách nevedie elektrinu. Valenčné elektróny zúčastňujúce sa na väzbe atómov sú pevne spojené s kryštálovou mriežkou a vonkajšie elektrické pole nemá badateľný vplyv na ich pohyb.
elektronická vodivosť.
Pri zahrievaní kremíka sa zvyšuje kinetická energia častíc a
väzy sú prerušené. Niektoré elektróny opúšťajú svoje orbity a stávajú sa voľnými, ako elektróny v kove. V elektrickom poli sa pohybujú medzi miestami mriežky a vytvárajú elektrický prúd.
Vodivosť polovodičov v dôsledku prítomnosti voľných kovov v kovoch
elektrónov elektrónov, sa nazýva elektrónová vodivosť. So stúpajúcou teplotou sa zvyšuje počet prerušených väzieb, a tým aj počet voľných elektrónov. Pri zahriatí z 300 na 700 K sa počet voľných nosičov náboja zvyšuje z 10–17 na 10–24 1/m V3. To vedie k zníženiu odporu.
dierové vedenie.
Keď sa väzba preruší, vytvorí sa vakancia s chýbajúcim elektrónom.
Hovorí sa tomu diera. Diera má nadmerný kladný náboj v porovnaní so zvyškom normálnych väzieb. Poloha otvoru v kryštáli nie je pevná. Nasledujúci proces neustále prebieha. Jeden
z elektrónov, ktoré zabezpečujú spojenie atómov, preskočí na miesto o
vyvinul diery a obnovuje tu väzbu pár-elektrón.
a tam, odkiaľ elektrón vyskočil, sa vytvorí nová diera. Takže
Diera sa teda môže pohybovať po celom kryštáli.
Ak je intenzita elektrického poľa vo vzorke nulová, potom pohyb otvorov, ekvivalentný pohybu kladných nábojov, nastáva náhodne, a preto nevytvára elektrický prúd. V prítomnosti elektrického poľa dochádza k usporiadanému pohybu dier, a teda k elektrickému prúdu voľných elektrónov sa pridáva elektrický prúd spojený s pohybom dier. Smer pohybu dier je opačný ako smer pohybu elektrónov.
Takže v polovodičoch existujú dva typy nosičov náboja: elektróny a diery. Polovodiče preto majú nielen elektronickú, ale aj dierovú vodivosť. Vodivosť za týchto podmienok sa nazýva vnútorná vodivosť polovodičov. Vlastná vodivosť polovodičov je zvyčajne nízka, pretože počet voľných elektrónov je malý, napríklad v germániu pri izbovej teplote ne = 3 x 10 v 23 cm v -3. Zároveň je počet atómov germánia v 1 kubickom cm asi 10–23. Počet voľných elektrónov je teda približne jedna desaťmiliardtina celkového počtu atómov.
Podstatnou vlastnosťou polovodičov je, že sú
v prítomnosti nečistôt spolu s vlastnou vodivosťou,
prídavná - vodivosť nečistôt. Zmenou koncentrácie
nečistôt, môžete navyše výrazne zmeniť počet nosičov náboja
alebo nejaké iné znamenie. To umožňuje vytvárať polovodiče s
prevládajúca koncentrácia buď negatívne alebo pozitívne
silne nabité nosiče. Táto vlastnosť polovodičov je otvorená
ponúka široké možnosti praktického využitia.
darcovské nečistoty.
Ukazuje sa, že v prítomnosti nečistôt, ako sú atómy arzénu, sa aj pri veľmi nízkych koncentráciách zvyšuje počet voľných elektrónov v
veľa krát. Stáva sa to z nasledujúceho dôvodu. Atómy arzénu majú päť valenčných elektrónov, z ktorých štyri sa podieľajú na vytváraní kovalentnej väzby daného atómu s okolitými, napríklad s atómami kremíka. Piaty valenčný elektrón je slabo viazaný na atóm. Ľahko opúšťa atóm arzénu a stáva sa voľným. Koncentrácia voľných elektrónov sa výrazne zvyšuje a je tisíckrát väčšia ako koncentrácia voľných elektrónov v čistom polovodiči. Nečistoty, ktoré ľahko darujú elektróny, sa nazývajú donorové nečistoty a takéto polovodiče sú polovodiče typu n. V polovodiči typu n sú elektróny hlavnými nosičmi náboja a diery sú vedľajšie.
akceptorové nečistoty.
Ak sa ako nečistota použije indium, ktorého atómy sú trojmocné, zmení sa povaha vodivosti polovodiča. Teraz, pre vytvorenie normálnych pár-elektrónových väzieb so susedmi, atóm india nie
dostane elektrón. V dôsledku toho sa vytvorí diera. Počet otvorov v kryštáli
thalle sa rovná počtu atómov nečistôt. Tento druh nečistôt
sa nazývajú akceptory. V prítomnosti elektrického poľa
otvory sa pohybujú pozdĺž poľa a dochádza k vedeniu otvorov. podľa-
polovodiče s prevahou dierového vedenia nad elektrón-
Noe sa nazýva polovodiče typu p (od slova positiv - pozitívny).
2. Základné polovodičové prvky (štruktúra a použitie)
Existujú dve hlavné polovodičové zariadenia: dióda a tranzistor.
V súčasnosti sa na usmernenie elektrického prúdu v rádiových obvodoch stále viac používajú polovodičové diódy spolu s dvojelektródovými žiarovkami, pretože majú množstvo výhod. Vo vákuovej trubici sa zahrievaním katódy generujú nosiče náboja, elektróny. V p-n prechode sa vytvárajú nosiče náboja, keď sa do kryštálu zavádza nečistota akceptora alebo donoru. Na získanie nosičov náboja teda nie je potrebný zdroj energie. V zložitých obvodoch sa vďaka tomu dosiahnuté úspory energie ukazujú ako veľmi významné. Okrem toho sú polovodičové usmerňovače s rovnakými hodnotami usmerneného prúdu miniatúrnejšie ako žiarovky.
Polovodičové diódy sú vyrobené z germánia, kremíka. selén a iné látky. Zvážte, ako sa vytvára p-n prechod pomocou donorovej nečistoty; toto spojenie nemožno získať mechanickým spojením dvoch polovodičov rôznych typov, pretože v tomto prípade sa medzi polovodičmi získa príliš veľká medzera.Táto hrúbka by nemala byť väčšia ako medziatómové vzdialenosti. Preto sa indium roztaví do jedného z povrchov vzorky. V dôsledku difúzie atómov india a india hlboko do monokryštálu germánia sa blízko povrchu germánia transformuje oblasť s vodivosťou typu p. Zvyšok vzorky germánia, do ktorého atómy indmyania neprenikli, má stále vodivosť typu n. Medzi regiónmi sa vyskytuje p-n prechod. V polovodičovej dióde slúži germánium ako katóda a indium slúži ako anóda. Obrázok 1 ukazuje priame (b) a reverzné (c) zapojenie diódy.
Prúdovo-napäťová charakteristika pre priame a spätné pripojenie je znázornená na obrázku 2.
Nahradili výbojky, v technike sú veľmi rozšírené hlavne pri usmerňovačoch a diódy našli uplatnenie aj v rôznych zariadeniach.
Tranzistor.
Uvažujme jeden z typov tranzistorov vyrobených z germánia alebo kremíka s donorovými a akceptorovými nečistotami, ktoré sú do nich zavedené. Rozloženie nečistôt je také, že medzi dvoma polovodičovými vrstvami typu p sa vytvorí veľmi tenká (rádovo niekoľko mikrometrov) polovodičová vrstva typu n (obr. 3. Táto tenká vrstva sa nazýva báza alebo báza V kryštáli sú vytvorené dva p-n prechody, ktorých priame smery sú opačné. Tri výstupy z oblastí s rôznymi typmi vodivosti vám umožňujú zapnúť tranzistor v obvode znázornenom na obrázku 3. S týmto zahrnutím
ľavý p-n prechod je priamy a oddeľuje bázu od oblasti typu p nazývanej emitor. Ak by neexistoval pravý p–n prechod, v obvode emitor-báza by bol prúd v závislosti od napätia zdrojov (batérie B1 a zdroja striedavého napätia).
pohyb) a odpor obvodu vrátane priameho nízkeho odporu
prechodový žiarič - základ. Batéria B2 je zapojená tak, že pravý pn prechod v obvode (pozri obr. 3) je obrátený. Oddeľuje základňu od pravej oblasti typu p nazývanej kolektor. Ak by neexistoval žiadny ľavý p-n prechod, prúdová sila a obvod kolektora by boli blízko nule. Pretože odpor spätného prechodu je veľmi vysoký. Ak je v ľavom p-n prechode prúd, objaví sa prúd aj v obvode kolektora a prúd v kolektore je len o niečo menší ako prúd v emitore.Keď sa medzi emitorom a bázou vytvorí napätie, hlavné nosiče polovodiča typu p - otvory prenikajú do bázy, gdr sú už hlavnými nosičmi. Keďže hrúbka bázy je veľmi malá a počet väčšinových nosičov (elektrónov) v nej je malý, otvory, ktoré do nej prepadli, sa takmer nekombinujú (nerekombinujú) s elektrónmi bázy a prenikajú do kolektora v dôsledku difúzia. Pravý p-n-prechod je uzavretý pre hlavné nosiče náboja bázy - elektróny, ale nie pre diery. V kolektore sú otvory unášané elektrickým poľom a uzatvárajú obvod. Sila prúdového rozvetvenia do obvodu emitora zo základne je veľmi malá, pretože plocha prierezu základne v horizontálnej (pozri obr. 3) rovine je oveľa menšia ako prierez vo vertikálnej rovine. . Prúd v kolektore, ktorý sa takmer rovná prúdu v emitore, sa mení spolu s prúdom v emitore. Odpor rezistora R 
má malý vplyv na prúd v kolektore a tento odpor môže byť dostatočne veľký. Riadením prúdu emitora so zdrojom striedavého napätia zahrnutým v jeho obvode získame synchrónnu zmenu napätia na rezistore. Pri veľkom odpore rezistora môže byť zmena napätia na ňom desaťtisíckrát väčšia ako zmena signálu v obvode emitora, čo znamená zosilnenie napätia. Preto pri záťaži R je možné získať elektrické signály, ktorých výkon je mnohonásobne väčší ako výkon vstupujúci do obvodu emitora.Nahrádzajú vákuové elektrónky a sú široko používané v technike.
3. Typy polovodičových prvkov.
Okrem planárnych diód na obr.8 a tranzistorov sú na obr.4 aj bodové diódy. Bodové tranzistory (pozri štruktúru na obrázku) sa pred použitím vytvarujú, t.j. prejsť prúd určitej veľkosti, v dôsledku čoho sa pod špičkou drôtu vytvorí oblasť s dierovou vodivosťou. Tranzistory sú typu p-n-p a n-p-n. Označenie a celkový pohľad na obrázku 5.
Existujú foto a tepelné odpory a varistory, pozri obrázok. Medzi planárne diódy patria selénové usmerňovače.Základom takejto diódy je oceľová podložka, potiahnutá na jednej strane vrstvou selénu, čo je polovodič s dierovou vodivosťou (viď obr. 7). Povrch selénu je potiahnutý kadmiovou zliatinou, v dôsledku čoho sa vytvorí film s elektrónovou vodivosťou, v dôsledku čoho sa vytvorí prechod usmerňovacieho prúdu.Čím väčšia je plocha, tým väčší je usmernený prúd.
4. Výroba
Výrobná technológia diódy je nasledovná. Kúsok india sa roztaví na povrchu štvorcovej platne s plochou 2-4 cm2 a hrúbkou niekoľkých zlomkov milimetra, vyrezanej z polovodičového kryštálu s elektronickou vodivosťou. Indium je silne zlúčené s platňou.Súčasne atómy india prenikajú (difundujú) do hrúbky platne a vytvárajú v nej oblasť s prevahou dierovej vodivosti. Čím tenší je polovodičový plátok. čím nižší je odpor diódy v priepustnom smere, tým väčší je prúd usmernený diódou. Kontakty diódy sú kvapka india a kovový kotúč alebo tyč s olovenými drôtmi.
Po zložení tranzistora sa namontuje do puzdra, pripojí sa email. svorky na kontaktné dosky kryštálu a výstup z obalu a obal zapečate.
5. Rozsah pôsobnosti
Diódy sú veľmi spoľahlivé, ale hranica ich použitia je od -70 do 125 C. Od r. pre bodovú diódu je kontaktná plocha veľmi malá, takže prúdy, ktoré môžu takéto diódy usmerniť, nie sú väčšie ako 10-15 mA. A používajú sa hlavne na moduláciu vysokofrekvenčných kmitov a na meracie prístroje. Pre každú diódu existujú určité maximálne povolené limity pre dopredný a spätný prúd v závislosti od dopredného a spätného napätia a určujúce jeho usmerňovacie a pevnostné vlastnosti.
Tranzistory, podobne ako diódy, sú citlivé na teplotu a preťaženie a prenikajúce žiarenie. Tranzistory, na rozdiel od rádiových elektrónok, vyhoreli z nesprávneho pripojenia.
