Sõltub tugevalt lisandite kontsentratsioonist. pooljuhid, elektrilised omadused mis sõltuvad teiste lisanditest keemilised elemendid, kutsutakse lisanditega pooljuhid. Lisandeid on kahte tüüpi: doonor ja aktseptor.

Doonor nimetatakse lisandiks, mille aatomid annavad pooljuhile vabad elektronid ning vabade elektronide liikumisega kaasnev elektrijuhtivus on elektrooniline. Elektroonilise juhtivusega pooljuhte nimetatakse elektrooniliseks pooljuhiks ja seda tähistatakse tavapäraselt Ladina täht n on sõna "negatiivne" esimene täht.

Vaatleme elektroonilise juhtivuse kujunemise protsessi pooljuhis. Võtame peamise pooljuhtmaterjalina räni (räni pooljuhid on kõige levinumad). Ränil (Si) on aatomi välisorbiidil neli elektroni, mis määravad ära selle elektrilised omadused (st pinge mõjul liikudes tekitavad nad elektrit). Kui arseeni (As) lisandi aatomid viiakse räni, mille välisorbiidil on viis elektroni, interakteeruvad neli elektroni nelja räni elektroniga, moodustades kovalentne side, ja arseeni viies elektron jääb vabaks. Nendes tingimustes on see aatomist kergesti eraldatav ja võimeline aines liikuma.

Aktsepteerija on lisand, mille aatomid võtavad vastu elektronid peremeespooljuhi aatomitelt. Tekkivat elektrijuhtivust, mis on seotud positiivsete laengute – aukude – liikumisega, nimetatakse augujuhtivuseks. Aukude elektrijuhtivusega pooljuhte nimetatakse aukpooljuhiks ja seda tähistatakse tavapäraselt ladina tähega p - sõna "positiivne" esimene täht.

Vaatleme aukude juhtivuse kujunemise protsessi. Kui indiumi (In) lisandi aatomid viiakse räni, mille välisorbiidil on kolm elektroni, astuvad nad sidesse kolme räni elektroniga, kuid see ühendus osutub puudulikuks: neljandaga ühendamiseks puudub veel üks elektron. räni elektron. Lisandiaatom omandab puuduva elektroni ühest peremeespooljuhi lähedalasuvast aatomist, misjärel seostub see kõigi nelja naaberaatomiga. Tänu elektroni lisamisele omandab see liigse negatiivse laengu, see tähendab, et see muutub negatiivseks iooniks. Samal ajal osutub pooljuhi aatom, millest neljas elektron on läinud lisandiaatomile, naaberaatomitega ühendatud vaid kolme elektroni kaudu. seega tekib positiivse laengu liig ja tekib täitmata side, st auk.

Üks neist olulised omadused Pooljuht seisneb selles, et aukude olemasolul võib vool läbida seda isegi siis, kui selles pole vabu elektrone. Seda seletatakse aukude võimega liikuda ühelt pooljuhi aatomilt teisele.

"Aukude" liikumine pooljuhis

Sisestades pooljuhi ossa doonorlisandi ja teise ossa aktseptorlisandi, on võimalik saada selles elektron- ja aukjuhtivusega piirkondi. Elektroni ja augu juhtivuse piirkondade piiril tekib nn elektron-augu üleminek.

P-N ristmik

Vaatleme protsesse, mis toimuvad voolu läbimisel elektron-augu üleminek. Vasakpoolne kiht, tähisega n, on elektrooniline juhtivus. Selles olev vool on seotud vabade elektronide liikumisega, mida tinglikult tähistatakse miinusmärgiga ringidega. Paremal kihil, tähisega p, on aukjuhtivus. Selle kihi vool on seotud aukude liikumisega, mis on joonisel tähistatud ringidega plussmärgiga.

Elektronide ja aukude liikumine otsejuhtivuse režiimis

Elektronide ja aukude liikumine pöördjuhtivuse režiimis.

Kui pooljuhid puutuvad kokku erinevat tüüpi tõttu juhtivuselektronid difusioon hakkab liikuma p-piirkonda ja augud - n-piirkonda, mille tulemusena piirkiht N-piirkond on positiivselt laetud ja p-piirkonna piirkiht on negatiivselt laetud. Piirkondade vahele tekib elektriväli, mis toimib barjäärina peamiste voolukandjate jaoks, mille tõttu tekib p-n-siirdes vähenenud laengukontsentratsiooniga piirkond. Pn-siirde elektrivälja nimetatakse potentsiaalibarjääriks ja pn-siiret blokeerivaks kihiks. Kui suund välisele elektriväli vastassuunas p-n väljadüleminek (p-piirkonnal “+”, n-piirkonnal “-”), siis potentsiaalbarjäär väheneb, p-n-siirde laengute kontsentratsioon suureneb, ristmiku laius ja sellest tulenevalt ka takistus väheneb. Kui allika polaarsus muutub, kattub väline elektriväli pn-siirde välja suunaga, ristmiku laius ja takistus suureneb. Seetõttu on pn-siirtel väravaomadused.

Pooljuhtdiood

Diood nimetatakse elektrit konverteerivaks pooljuhtseadmeks, millel on üks või mitu p-n-siirde ja kaks klemmi. Olenevalt põhieesmärgist ja p-n-siirdes kasutatavast nähtusest on mitu peamist funktsionaalsed tüübid pooljuhtdioodid: alaldi, kõrgsageduslikud, impulss-, tunnel-, zeneri dioodid, varikapslid.

Põhiline pooljuhtdioodide omadused on voolu-pinge karakteristik (VAC). Iga pooljuhtdioodi tüübi puhul on voolu-pinge karakteristikul oma vorm, kuid need kõik põhinevad tasapinnalise alaldioodi voolu-pinge karakteristikul, mille vorm on:

Dioodi voolu-pinge karakteristik (CVC): 1 - alalisvoolu-pinge karakteristik; 2 - pöördvoolu-pinge tunnusjoon; 3 — rikkeala; 4 - alalisvoolu-pinge karakteristiku sirgjooneline lähendamine; Upor — lävipinge; rdin — dünaamiline takistus; Uprob - läbilöögipinge

Y-telje skaala jaoks negatiivsed väärtused valitud voolud on kordades suuremad kui positiivsete jaoks.

Dioodide voolu-pinge karakteristikud läbivad nulli, kuid piisavalt märgatav vool ilmneb alles siis, kui lävipinge(U-poor), mis germaaniumdioodide puhul on 0,1-0,2 V ja ränidioodide puhul 0,5-0,6 V. Dioodi negatiivsete pingeväärtuste piirkonnas juba suhteliselt madalatel pingetel ( U arr ) tekib vastupidine vool(Ma arr.). Seda voolu loovad vähemuskandjad: p-piirkonna elektronid ja n-piirkonna augud, mille üleminekut ühest piirkonnast teise soodustab liidese lähedal asuv potentsiaalbarjäär. Pöördpinge kasvades vool ei suurene, kuna üleminekupiirile ilmuvate vähemuskandjate arv ajaühikus ei sõltu väliselt rakendatavast pingest, välja arvatud juhul, kui see on väga kõrge. Ränidioodide pöördvool on mitu suurusjärku väiksem kui germaaniumdioodidel. Pöördpinge edasine tõus kuni läbilöögipinge(U proovid) toob kaasa asjaolu, et valentsriba elektronid liiguvad juhtivusribale ja Zeneri efekt. Sel juhul suureneb pöördvool järsult, mis põhjustab dioodi kuumenemist ja voolu edasine suurenemine põhjustab termilise purunemise ja p-n-siirde hävimise.

Dioodide peamiste elektriliste parameetrite määramine ja määramine

Pooljuhtdioodi tähistus

Nagu varem öeldud, juhib diood voolu ühes suunas (st ideaalis on see lihtsalt madala takistusega juht), teises suunas mitte (st muutub väga suure takistusega juhiks), ühesõnaga. , sellel on ühesuunaline juhtivus. Sellest tulenevalt on sellel ainult kaks järeldust. Nagu lambitehnika aegadest tavaks saanud, kutsutakse neid anood(positiivne väljund) ja katood(negatiivne).

Kõik pooljuhtdioodid võib jagada kahte rühma: alaldi ja spetsiaalsed. Alaldi dioodid, nagu nimigi ütleb, on mõeldud sirgendamiseks vahelduvvoolu. Olenevalt sagedusest ja kujust Vahelduvpinge Need jagunevad kõrgsageduslikeks, madalsageduslikeks ja impulssideks. Eriline pooljuhtdioodide tüübid kasutavad p-n-siirde erinevaid omadusi; purunemisnähtus, barjääri mahtuvus, negatiivse takistusega alade olemasolu jne.

Alaldi dioodid

Struktuuriliselt jaotatakse alaldi dioodid tasapinnalisteks ja punktdioodideks ning tootmistehnoloogia järgi sulami-, difusiooni- ja epitaksiaaldioodideks. Tasapinnalised dioodid tänu suur ala alaldamiseks kasutatakse pn-ristmeid suured voolud. Punktdioodidel on väike alaüleminek ja on vastavalt ette nähtud sirgendamiseks madalad voolud. Laviini läbilöögipinge suurendamiseks kasutatakse alaldi kolonne, mis koosnevad järjestikku ühendatud dioodide seeriast.

Alaldi dioodid suur jõud helistas jõuga. Selliste dioodide materjaliks on tavaliselt räni või galliumarseniid. Ränisulamist dioode kasutatakse vahelduvvoolu alaldamiseks sagedusega kuni 5 kHz. Räni difusioondioodid võib töötada kõrgematel sagedustel, kuni 100 kHz. Metallist substraadiga (Schottky barjääriga) räni epitaksiaaldioode saab kasutada sagedustel kuni 500 kHz. Galliumarseniiddioodid on võimelised töötama sagedusalas kuni mitu MHz.

Toitedioode iseloomustab tavaliselt staatiliste ja dünaamiliste parameetrite komplekt. TO staatilised parameetrid dioodide hulka kuuluvad:

• pingelangus U pr dioodil teatud pärivoolu väärtusel;
• vastupidine vool I pööre pöördpinge teatud väärtusel;
• keskmine väärtus alalisvool I pr.sr. ;
• pulss vastupidine pinge U arr.i. ;

TO dünaamilised parameetrid diood sisaldab selle aja- ja sagedusomadusi. Need parameetrid hõlmavad järgmist:

• taastumisaeg treverse pinge;
• tõusuaeg alalisvool I õues ;
• piirsagedus dioodirežiime vähendamata f max.

Staatilisi parameetreid saab seadistada dioodi voolu-pinge karakteristiku abil.

Dioodi tagasipööratud taastumisaja tres on alaldi dioodide peamine parameeter, mis iseloomustab nende inertsiaalseid omadusi. See määratakse kindlaks, kui diood lülitub etteantud pärivoolult I pr antud vastupingele U arr. Lülitamise ajal muutub dioodi pinge vastupidiseks. Difusiooniprotsessi inertsi tõttu ei peatu vool dioodis hetkega, vaid aja jooksul t ext. Põhimõtteliselt toimub laengu resorptsioon p-n-siirde piiril (st ekvivalentse võimsusega tühjenemine). Sellest järeldub, et dioodi võimsuskadu suureneb selle sisselülitamisel järsult, eriti kui see on välja lülitatud. Seega dioodikaod suureneb alaldatud pinge sageduse suurenedes.

Kui dioodi temperatuur muutub, muutuvad selle parameetrid. Dioodi päripinge ja selle vastuvool sõltuvad kõige tugevamalt temperatuurist. Ligikaudu võime eeldada, et TKN ( temperatuuri koefitsient pinge) Upr = -2 mV/K ja dioodi pöördvool on positiivse koefitsiendiga. Seega suureneb iga 10 °C temperatuuri tõusuga germaaniumdioodide pöördvool 2 korda ja ränidioodidel 2,5 korda.

Schottky barjääridioodid

Neid kasutatakse laialdaselt kõrge sagedusega madalpinge alaldamiseks. Schottky barjääridioodid. Need dioodid kasutavad pn-siirde asemel metallpinna kontakti. Puutepunktis tekivad laengukandjatest ammendatud pooljuhtkihid, mida nimetatakse väravakihtideks. Schottky barjääriga dioodid erinevad pn-siirdega dioodidest järgmiste parameetrite poolest:

• rohkem madal sirge pingelangus;
• on rohkem madal tagurpidi Pinge;
• rohkem kõrge vool lekked;
• peaaegu tasuta vastupidine taastumine.

Kaks peamist omadust muudavad need dioodid asendamatuks: madal päripinge langus ja lühike vastupidise pinge taastumise aeg. Lisaks tähendab taastumisaega nõudvate mitte-primaarsete andmekandjate puudumine füüsilist kaotusi pole dioodi enda ümberlülitamiseks.

Kaasaegsete Schottky dioodide maksimaalne pinge on umbes 1200 V. Sellel pingel on Schottky dioodi päripinge 0,2...0,3 V võrra väiksem kui p-n ristmikdioodide päripinge.

Schottky dioodi eelised muutuvad eriti märgatavaks madalpinge alaldamisel. Näiteks 45-voldise Schottky dioodi päripinge on 0,4...0,6 V ja sama voolu juures p-n-siirdedioodi pingelangus 0,5...1,0 V. Kui vastupinge langeb 15 V-ni , alaneb päripinge 0,3...0,4 V. Keskmiselt võib Schottky dioodide kasutamine alaldis vähendada kadusid ligikaudu 10...15%. Schottky dioodide maksimaalne töösagedus ületab 200 kHz.

Teooria on hea, aga ilma praktilise rakendamise need on vaid sõnad.

Pn-siirde on õhuke piirkond, mis tekib kahe pooljuhi kokkupuutel. erinevad tüübid juhtivus. Kõik need pooljuhid on elektriliselt neutraalsed. Peamine tingimus on, et ühes pooljuhis on peamised laengukandjad elektronid ja teises augud.

Kui sellised pooljuhid kokku puutuvad, siis laengu difusiooni tulemusena siseneb p piirkonnast n piirkonda auk. See rekombineerub koheselt ühe selle piirkonna elektroniga. Selle tulemusena ilmub n piirkonda liigne positiivne laeng. Ja p-piirkonnas on liigne negatiivne laeng.

Samamoodi siseneb üks n piirkonnast pärit elektronidest p piirkonda, kus ta rekombineerub lähima auguga. Selle tulemuseks on ka liigsete tasude teke. Positiivne n-piirkonnas ja negatiivne p-piirkonnas.

Difusiooni tulemusena täitub piiriala laengutega, mis tekitavad elektrivälja. See suunatakse nii, et see tõrjub liidesest välja augud, mis asuvad piirkonnas p. Ja elektronid piirkonnast n tõrjutakse ka sellelt piirilt.

Teisisõnu moodustub kahe pooljuhi liideses energiabarjäär. Selle ületamiseks peab piirkonna n elektroni energia olema suurem kui barjääri energia. Täpselt nagu p-piirkonna auk.

Koos enamuslaengukandjate liikumisega sellises üleminekus toimub ka vähemuslaengukandjate liikumine. Need on augud n piirkonnast ja elektronid p piirkonnast. Samuti liiguvad nad ülemineku kaudu vastasalasse. Kuigi tekkiv väli aitab sellele kaasa, on tekkiv vool tühine. Kuna vähemuslaengukandjate arv on väga väike.

Kui väline potentsiaalide erinevus on ühendatud pn-siirdega edasisuunas, see tähendab, et p-piirkonda antakse kõrge potentsiaal ja n-piirkonnale madal potentsiaal. See välisväli viib sisemise välja vähenemiseni. Seega barjäärienergia väheneb ja enamuslaengukandjad saavad kergesti liikuda läbi pooljuhtide. Teisisõnu, nii p-piirkonna augud kui ka n-piirkonna elektronid liiguvad liidese poole. Rekombinatsiooniprotsess intensiivistub ja peamiste laengukandjate vool suureneb.

Joonis 1 – pn-ristmik, ettepoole kallutatud

Kui potentsiaalide erinevust rakendatakse vastupidises suunas, see tähendab, et piirkonnas p on madal potentsiaal ja piirkonnas n on kõrge potentsiaal. See väline elektriväli lisandub sisemisele. Sellest lähtuvalt suureneb barjääri energia, mis takistab enamiku laengukandjate liikumist üleminekul. Teisisõnu, elektronid piirkonnast n ja augud piirkonnast p liiguvad üleminekust välised osapooled pooljuhid. Ja pn-siirde tsoonis lihtsalt ei ole peamisi voolu andvaid laengukandjaid.

Joonis 2 - pn-ristmik, vastupidine kallutatud

Kui vastupidine potentsiaalide erinevus on liiga suur, suureneb väljatugevus ristmiku piirkonnas kuni elektrikatkestuseni. See tähendab, et välja poolt kiirendatud elektron ei hävita kovalentset sidet ega löö välja teist elektroni jne.

p-n (pe-en) ristmik on kahe p- ja n-tüüpi pooljuhi ristmikul asuv ruumipiirkond, milles toimub üleminek ühelt juhtivuse tüübilt teisele, sellist üleminekut nimetatakse ka elektron-augu üleminekuks.

Pooljuhte on kahte tüüpi: p ja n tüüpi. N-tüübis on peamised laengukandjad elektronid , ja p-tüübis on peamised positiivselt laetud augud. Positiivne auk tekib pärast seda, kui elektron on aatomist eemaldatud ja selle asemele moodustub positiivne auk.

P-n-siirde toimimise mõistmiseks peate uurima selle komponente, st p-tüüpi ja n-tüüpi pooljuhte.

P- ja n-tüüpi pooljuhid on valmistatud monokristallilise räni baasil, millel on väga kõrge aste puhtus, seetõttu muudavad vähimad lisandid (alla 0,001%) oluliselt selle elektrilisi omadusi.

N-tüüpi pooljuhis on peamised laengukandjad elektronid . Nende saamiseks kasutavad nad doonori lisandid, mis sisestatakse räni,- fosfor, antimon, arseen.

P-tüüpi pooljuhis on peamised laengukandjad positiivselt laetud augud . Nende saamiseks kasutavad nad aktseptori lisandid — alumiinium, boor

n-tüüpi pooljuht (elektrooniline juhtivus)

Lisandiga fosforiaatom asendab tavaliselt põhiaatomit kristallvõre kohtades. Sel juhul puutuvad fosfori aatomi neli valentselektroni kokku nelja naabruses asuva räni aatomi nelja valentselektroniga, moodustades kaheksast elektronist koosneva stabiilse kesta. Fosfori aatomi viies valentselektron osutub oma aatomiga nõrgalt seotud ja mõju all olevaks välised jõud(võre termilised vibratsioonid, väline elektriväli) muutub kergesti vabaks, luues suurenenud vabade elektronide kontsentratsioon . Kristall omandab elektroonilise ehk n-tüüpi juhtivuse . Sel juhul on fosfori aatom, millel puudub elektron, jäigalt seotud kristallvõre ränil on positiivne laeng ja elektron on liikuv negatiivne laeng. Väliste jõudude puudumisel kompenseerivad nad üksteist, st ränis n-tüüpimääratakse vabade juhtivuse elektronide arv sisestatud doonorlisandi aatomite arv.

Pooljuhi p-tüüp (augu juhtivus)

Alumiiniumiaatom, millel on ainult kolm valentselektroni, ei saa iseseisvalt luua stabiilset kaheksaelektronilist kesta koos naabruses asuvate räni aatomitega, kuna selleks on vaja teist elektroni, mille ta võtab ära ühelt läheduses asuvast räni aatomist. Räni aatomil, millel puudub elektron, on positiivne laeng ja kuna see suudab püüda elektroni naaberräni aatomist, võib seda pidada liikuvaks. positiivne laeng, mis pole kristallvõrega ühendatud, mida nimetatakse auguks. Elektroni kinni püüdnud alumiiniumi aatomist saab negatiivselt laetud tsenter, mis on jäigalt seotud kristallvõrega. Sellise pooljuhi elektrijuhtivus tuleneb aukude liikumisest, mistõttu seda nimetatakse p-tüüpi augupooljuhiks. Aukude kontsentratsioon vastab sisestatud aktseptori lisandi aatomite arvule.

P-N ristmik- punkt pooljuhtseadmes, kus N-tüüpi materjal ja P-tüüpi materjal puutuvad kokku. N-tüüpi materjali nimetatakse tavaliselt pooljuhi katoodosaks ja P-tüüpi materjali anoodseks osaks.

Kui nende kahe materjali vahel tekib kontakt, voolavad n-tüüpi materjalist elektronid p-tüüpi materjali ja ühenduvad selles olevate aukudega. Väikesel alal mõlemal pool nende materjalide vahelist füüsilist kontakti ei ole peaaegu elektrone ja auke. Seda piirkonda pooljuhtseadmes nimetatakse ammendumise piirkonnaks.

See ammendumispiirkond on võtmeelement iga seadme töös, millel on P-N-ristmik. Selle tühjenduspiirkonna laius määrab voolutakistuse P-N-siirde kaudu, seetõttu sõltub sellise P-N-siirdega seadme takistus selle ammendumise piirkonna suurusest. Selle laius võib muutuda, kui mis tahes pinge läbib seda P-N-ristmikku. Olenevalt rakendatava polaarsusest potentsiaalne P-N Ristmik võib olla kas ette- või vastupidine kallutatud. Ammendumise piirkonna laius või takistus pooljuhtseade, sõltub nii rakendatud eelpinge polaarsusest kui ka suurusest.

Kui P-N-siirde on otsene (edasipingega), rakendatakse anoodile positiivne potentsiaal ja katoodile negatiivne potentsiaal. Selle protsessi tulemuseks on ammendumise piirkonna kitsenemine, mis vähendab takistust P-N-ristmikku läbivale voolule.

Kui potentsiaal suureneb, väheneb ammendumispiirkond jätkuvalt, vähendades seeläbi veelgi takistust vooluvoolule. Lõpuks, kui rakendatud pinge on piisavalt kõrge, kitseneb tühjenduspiirkond minimaalse takistuseni ja maksimaalne vool liigub läbi P-N-siirde ja koos sellega läbi kogu seadme. Kui P-N-siirde on sobivalt ettepoole kallutatud, tagab see minimaalse takistuse seda läbivale voolule.

Kui P-N-siirde on vastupidine (vastupidine nihe), rakendatakse anoodile negatiivne potentsiaal ja katoodile positiivne potentsiaal.

See põhjustab ammendumise piirkonna laienemist, mis põhjustab voolu takistuse suurenemist. Kui P-N ristmik on pöördpinge all, on voolule maksimaalne takistus ja ristmik toimib sisuliselt avatud vooluahelana.

Teatud ajal kriitiline väärtus vastupidine biaspinge, ammendumise piirkonnas tekkiv takistus vooluvoolule ületatakse ja vool suureneb kiiresti. Pöördpinge väärtust, mille juures vool kasvab kiiresti, nimetatakse läbilöögipingeks.

P-n ristmik ja selle omadused

P-n-siirdes võib enamuslaengukandjate kontsentratsioon p- ja n-piirkonnas olla võrdne või oluliselt erinev. Esimesel juhul nimetatakse p-n-ristmikku sümmeetriliseks, teisel - asümmeetriliseks. Asümmeetrilisi üleminekuid kasutatakse sagedamini.

Olgu aktseptori lisandi kontsentratsioon p-piirkonnas suurem kui doonorlisandi kontsentratsioon n-piirkonnas (joonis 1.1a). Sellest lähtuvalt on aukude (avatud ringide) kontsentratsioon p-piirkonnas suurem kui elektronide (mustade ringide) kontsentratsioon n-piirkonnas.

P-piirkonnast pärit aukude ja n-piirkonnast pärit elektronide difusiooni tõttu kipuvad need kogu ruumala ulatuses ühtlaselt jaotuma. Kui elektronid ja augud oleksid neutraalsed, tooks difusioon lõpuks kaasa nende kontsentratsiooni täieliku ühtlustamise kogu kristalli mahus. Seda aga ei juhtu. P-piirkonnast n-piirkonda liikuvad augud rekombineeruvad osa doonorlisandi aatomitesse kuuluvate elektronidega. Selle tulemusena moodustavad elektronideta jäänud doonorlisandi positiivselt laetud ioonid positiivse laenguga piirkihi. Samal ajal viib nende aukude lahkumine p-piirkonnast selleni, et aktseptori lisandi aatomid, mis on hõivanud naaberelektroni, moodustavad piirilähedases piirkonnas ioonide kompenseerimata negatiivse laengu. Samamoodi toimub elektronide difusiooniliikumine n-piirkonnast p-piirkonda, mis toob kaasa sama efekti.

Joonis 1.1. P-n struktuur: a- tasakaaluseisund; b- välise otsepingega; c - välise vastupidise pingega; l- p-n ristmiku laius

Selle tulemusena moodustub n-piirkonda ja p-piirkonda eraldavale piirile kitsas, mikroni suurune piirkiht. l, mille üks pool on negatiivselt laetud (p-piirkond) ja teine ​​positiivselt laetud (n-piirkond).

Piirlaengute poolt tekkivat potentsiaalide vahet nimetatakse kontaktpotentsiaalide erinevus U(Joonis 1.1,a) või potentsiaalne barjäär, mida kandjad ei suuda ületada. P-piirkonnast piirile lähenevad augud tõrjutakse positiivse laenguga tagasi, n-piirkonnast lähenevad elektronid aga negatiivse laenguga. Kontaktpotentsiaalide erinevus U vastab intensiivsusega E elektriväljale. Seega p-n ristmik laiusega l, mis on vähendatud kandjasisaldusega pooljuhtkiht – nn tühjenduskiht, millel on suhteliselt kõrge elektritakistus R.

P-n struktuuri omadused muutuvad, kui sellele rakendatakse välispinge U. Kui välispinge on vastupidise märgiga, siis kontaktpotentsiaali erinevus ja pinge väline väli E pr on vastupidine E-le (joon. 1.1, b), siis p-piirkonna augud, surudes eemale rakendatud positiivsest potentsiaalist väline allikas, läheneda piirkondadevahelisele piirile, kompenseerida osa laengut negatiivsed ioonid ja kitsendada p-n-ristmiku laiust p-piirkonnast. Samamoodi kompenseerivad n-piirkonna elektronid, mida tõrjub välisallika negatiivne potentsiaal, mõne positiivse iooni laengu ja kitsendavad p-n-siirde laiust n-piirkonna küljel. Potentsiaalne barjäär kitseneb, läbi hakkavad tungima p-piirkonnast pärit augud ja n-piirkonnast pärit elektronid ning p-n-siirde kaudu hakkab voolama vool.

Välispinge suurenemisega suureneb vool lõputult, kuna selle loovad peamised kandjad, mille kontsentratsiooni täiendab pidevalt välise pinge allikas.

Väline pinge polaarsus põhjustab vähenemist potentsiaalne barjäär, nimetatakse otseseks, avanevaks ja selle tekitatud voolu nimetatakse otseseks. Sellise pinge rakendamisel on p-n üleminek avatud ja selle takistus R on<

Kui p-n struktuurile rakendatakse vastupidise polaarsusega pinget U arr (joonis 1.1c), on efekt vastupidine. Elektriväli intensiivsusega E arr langeb suunalt kokku p-n-siirde elektriväljaga E. Allika elektrivälja mõjul nihkuvad p-piirkonna augud välispinge negatiivsele potentsiaalile ja elektronid n-piirkonnas positiivsele potentsiaalile. Seega nihutatakse enamuslaengukandjaid välisvälja toimel piirist eemale, suurendades pn-siirde laiust, mis osutub peaaegu laengukandjatest vabaks. Pn-siirde elektritakistus suureneb. Seda välispinge polaarsust nimetatakse vastupidiseks, blokeerimiseks. Sellise pinge rakendamisel on p-n üleminek suletud ja selle takistus on R arr >>R.

Pöördpinge korral aga voolab väike vool I arr. Seda voolu, erinevalt alalisvoolust, määravad mitte lisandite kandjad, vaid sisemine juhtivus, mis moodustub "vaba elektron-augu" paaride tekke tulemusena temperatuuri mõjul. Need kandjad on näidatud joonisel fig. 1.1, p-piirkonnas üheks elektroniks ja n-piirkonnas üheks auguks. Pöördvoolu väärtus on praktiliselt sõltumatu välispingest. Seda seletatakse asjaoluga, et ajaühikus püsib konstantsel temperatuuril genereeritud elektron-augu paaride arv konstantsena ja isegi volti murdosa U arr juures osalevad kõik kandjad pöördvoolu loomises.

Pöördpinge rakendamisel võrreldakse p-n-siiret kondensaatoriga, mille plaadid on dielektrikuga eraldatud p- ja n-piirkonnad. Dielektriku rolli täidab piiriala, peaaegu tasuta kandjad. Seda pn-siirde mahtuvust nimetatakse barjäär. Mida väiksem on pn-siirde laius ja suurem selle pindala, seda suurem see on.

Pn-siirde tööpõhimõtet iseloomustab selle voolu-pinge karakteristik. Joonisel 1.2 on näidatud avatud ja suletud p-n-siirde täielikud voolu-pinge karakteristikud.

Nagu näha, on see omadus sisuliselt mittelineaarne. Kohapeal 1 E pr< Е и прямой ток мал. На участке 2 Е пр >E, blokeerivat kihti pole, voolu määrab ainult pooljuhi takistus. Sektsioonis 3 takistab blokeeriv kiht enamuskandjate liikumist, väikese voolu määrab vähemuslaengukandjate liikumine. Voolu-pinge karakteristiku katkemine koordinaatide algpunktis on tingitud voolu ja pinge erinevatest skaaladest alalis- ja vastupidised suunad pn-siirdele rakendatav pinge. Ja lõpuks, lõigus 4 U arr =U näidistel toimub p-n-siirde purunemine ja vastupidine vool suureneb kiiresti. Selle põhjuseks on asjaolu, et elektrivälja mõjul pn-siirde kaudu liikudes omandavad vähemuslaengukandjad pooljuhtide aatomite löökioniseerimiseks piisavat energiat. Ühenduses algab laviinitaoline laengukandjate - elektronide ja aukude - paljunemine, mis viib p-n-siirde kaudu pöördvoolu järsu suurenemiseni peaaegu konstantse pöördpingega. Seda tüüpi elektrikatkestusi nimetatakse laviin Tavaliselt areneb see suhteliselt laiades pn-siiretes, mis tekivad kergelt legeeritud pooljuhtides.

Tugevalt legeeritud pooljuhtides on blokeeriva kihi laius väiksem, mis hoiab ära laviini purunemise, kuna liikuvad kandjad ei omanda löögiionisatsiooniks piisavat energiat. Samal ajal võib olla elektriline rike p-n-siirde, kui p-n-siirdes kriitilise elektrivälja pinge saavutamisel tekivad väljaenergia toimel elektron-augu kandepaarid ning oluliselt tekib pöördsiirdevool.

Elektrilist riket iseloomustab pöörduvus, mis seisneb selles, et p-n-siirde algomadused on täielikult taastatud, kui vähendate p-n-siirde pinget. Selle elektrilise rikke tõttu kasutatakse pooljuhtdioodides töörežiimina.

Kui pn-siirde temperatuur selle pöördvooluga kuumutamise ja ebapiisava soojuseemalduse tagajärjel tõuseb, siis laengukandjate paaride tekkeprotsess intensiivistub. See omakorda toob kaasa voolu edasise suurenemise (joon. 1.2 lõik 5) ja p-n-siirde kuumenemise, mis võib põhjustada ristmiku hävimise. Seda protsessi nimetatakse termiline lagunemine. Termiline purunemine hävitab pn-siirde.