P-n (pe-en) спој е регион на просторот на спојот на два полупроводници од типот p- и n, во кој се случува премин од еден тип на спроводливост во друг, таквата транзиција се нарекува и транзиција на електронска дупка.
Постојат два типа на полупроводници: типови p и n. Во типот n, главните носители на полнење се електрони , а во типот p - главните се позитивно наелектризирани дупки. Позитивна дупка се појавува откако електрон ќе се отстрани од атомот и на негово место се формира позитивна дупка.
За да разберете како функционира p-n спој, треба да ги проучите неговите компоненти, односно полупроводник од типот p и n.
Полупроводниците од типот P и n се направени врз основа на монокристален силициум, кој има многу висок степенчистота, па затоа и најмалите нечистотии (помалку од 0,001%) значително ја менуваат електрични својства.
Во полупроводник од n-тип, главните носители на полнеж се електрони . За да ги добијат користат донаторски нечистотии, кои се внесуваат во силикон,- фосфор, антимон, арсен.
Во полупроводник од тип p, главните носители на полнеж се позитивно наелектризирани дупки . За да ги добијат користат акцепторски нечистотии — алуминиум, бор
Полупроводник n - тип (електронска спроводливост)
Атомот на нечистотија на фосфор обично го заменува главниот атом на местата на кристалната решетка. Во овој случај, четирите валентни електрони на атомот на фосфор доаѓаат во контакт со четирите валентни електрони на соседните четири силициумски атоми, формирајќи стабилна обвивка од осум електрони. Петтиот валентен електрон на атомот на фосфорот се покажува слабо врзан за неговиот атом и под влијание надворешни сили(термички вибрации на решетката, надворешно електрично поле) лесно се ослободува, создавајќи зголемена концентрација на слободни електрони . Кристал стекнува електронска спроводливостили спроводливост од n-тип . Во овој случај, атомот на фосфор, без електрон, е цврсто врзан за силициумската кристална решетка со позитивен полнеж, а електронот е мобилен негативен полнеж. Во отсуство на надворешни сили, тие се компензираат едни со други, т.е. во силициум n-типсе одредува бројот на електрони со слободна спроводливостбројот на воведени атоми на донорска нечистотија.
Полупроводник p - тип (проводливост на дупка)
Алуминиумскиот атом, кој има само три валентни електрони, не може самостојно да создаде стабилна обвивка од осум електрони со соседните атоми на силикон, бидејќи за ова му треба уште еден електрон, кој го одзема од еден од атомите на силиконот лоциран во близина. Силиконскиот атом без електрони има позитивен полнеж и, бидејќи може да зграби електрон од соседниот атом на силикон, може да се смета за мобилен позитивен полнеж кој не е поврзан со кристалната решетка, наречена дупка. Алуминиумскиот атом кој заробил електрон станува негативно наелектризиран центар, цврсто врзан за кристалната решетка. Електричната спроводливост на таквиот полупроводник се должи на движењето на дупките, поради што се нарекува полупроводник со дупки од р-тип. Концентрацијата на дупката одговара на бројот на внесени атоми на нечистотија на приемникот.
Ако полупроводнички блок од типот P е поврзан со полупроводнички блок од типот N (слика подолу (а)), резултатот нема да направи никаква разлика. Ќе имаме два спроводливи блока кои се допираат еден со друг без да покажуваат никакви уникатни својства. Проблемот лежи во две посебни и различни кристални структури. Бројот на електрони е избалансиран со бројот на протони во двата блока. Така, резултатот е дека ниту еден блок нема полнење.
Сепак, еден полупроводнички чип направен од материјал од P-тип на едната страна и материјал од N-тип на другата страна (слика подолу (б)) има уникатни својства. Во материјалот од типот P, главните носители се носители на позитивно полнење, дупки, кои слободно се движат по кристалната решетка. Во материјал од N-тип, главните и мобилните се негативни медиумиполнеж, електрони. Во близина на спојот, електроните од материјалот од N-тип се дифузираат низ спојот, комбинирајќи се со дупки во материјалот од типот P. Регионот на материјал од P-тип во близина на транзицијата станува негативен полнежпоради привлечените електрони. Бидејќи електроните го напуштиле регионот N-тип, тој добива локален позитивен полнеж. Тенок слој кристална решеткапомеѓу овие давачки сега е исцрпена од мнозинските превозници, па затоа е познато како регион на исцрпување. Оваа област станува непроводен материјал од сопствениот полупроводник. Во суштина, имаме речиси изолатор кој ги одвојува проводните допирани региони од типовите P и N.
(а) Полупроводничките блокови од типот P и N немаат употребливи својства кога се во контакт.
(б) Еден кристал намачкан со нечистотии од типот P и N создава потенцијална бариера.
Ова раздвојување на полнежите во P-N спој претставува потенцијална бариера. Оваа потенцијална бариера може да се надмине со изложување на надворешен изворнапон кој предизвикува спроведување на спојот електрична енергија. Формирањето на транзиција и потенцијална бариера се случува за време на процесот на производство. Големината на потенцијалната бариера зависи од материјалите што се користат во производството. Силиконските P-N споеви имаат поголема потенцијална бариера во споредба со германиумските спојки.
На сликата подолу (а), батеријата е поврзана така што негативниот терминал на изворот доставува електрони до материјалот од типот N. Овие електрони дифузираат кон спојот. Позитивниот терминал на изворот ги отстранува електроните од полупроводникот од типот P, создавајќи дупки кои дифузираат кон спојот. Ако напонот на батеријата е доволно висок за да се надмине спојниот потенцијал (0,6V за силикон), електроните од регионот од типот N и дупките од регионот од типот P се комбинираат, поништувајќи се едни со други. Ова ослободува простор во внатрешноста на решетката за движење кон транзицијата повеќеносачи на полнење. Така, струите на главните полнежи на регионите од типот N и P течат кон транзицијата. Рекомбинацијата на раскрсницата овозможува струјата на батеријата да тече низ P-N спојот на диодата. Ова вклучување се нарекува пристрасност нанапред.
(а) Напредната пристрасност ги турка носителите на полнење кон спојот, каде што рекомбинацијата се рефлектира во струјата на батеријата. (б) Обратна пристрасност ги привлекува носителите на полнење до терминалите на батеријата, подалеку од раскрсницата. Дебелината на осиромашениот регион се зголемува. Низ батеријата не тече постојана струја.
Ако поларитетот на батеријата е обратен како што е прикажано на слика (б) погоре, повеќето носители на полнење се привлекуваат од спојот до терминалите на батеријата. Позитивниот терминал на батеријата се оддалечува од транзицијата на главните носители на полнеж во регионот N-тип, електрони. Негативниот терминал се повлекува од транзицијата на мнозинските носители во регионот од типот P, дупки. Ова ја зголемува дебелината на не-спроводливиот регион на исцрпување. Нема рекомбинација на главните носители; а со тоа нема спроводливост. Оваа врска со батеријата се нарекува обратна пристрасност.
Симболот на диодата прикажан подолу на сликата (б) одговара на допираната полупроводничка обланда на сликата (а). Диодата е еднонасочноуред. Електронската струја тече само во една насока, наспроти стрелката, што одговара на пристрасноста нанапред. Катодата, лентата на симболот на диодата, одговара на полупроводник од типот N. Анодата, стрелката, одговара на полупроводник од типот P.
Забелешка: оригиналниот напис предлага алгоритам за запомнување на локацијата на типовите полупроводници во диодата. што не покажува ( Нот-покажување) дел симбол(бенд) одговара на полупроводник Н-тип. Посочувајќи ( Пмаст) дел од симболот (стрелката) одговара на П-тип.
(а) Напредна пристрасност на PN раскрсницата (б) Соодветниот симбол на диодата
(в) Струја наспроти напон на силициумска диода
Ако диодата е насочена напред (како што е прикажано на слика (а) погоре), како што напонот се зголемува од 0 V, струјата полека ќе се зголемува. Во случај на силициумска диода, протокот на струја може да се мери кога напонот се приближува до 0,6 V (слика (в) погоре). Кога напонот се зголемува над 0,6 V, струјата по свиокот на графиконот ќе почне нагло да се зголемува. Зголемувањето на напонот над 0,7 V може да резултира со доволно голема струја за да ја уништи диодата. Напредниот напон U pr е една од карактеристиките на полупроводниците: 0,6-0,7 V за силициум, 0,2 V за германиум, неколку волти за диоди што емитуваат светлина. Напредната струја може да се движи од неколку mA за точкасти диоди до 100 mA за диоди со мала струја и до десетици и илјадници ампери за напојувачките диоди.
Ако диодата е пристрасна обратна насока, тогаш тече само струјата на истекување на внатрешниот полупроводник. Ова е прикажано на графиконот лево од потеклото (слика (в) погоре). За силиконските диоди оваа струја е највисока екстремни условиќе биде приближно 1 µA. Оваа струја незабележливо се зголемува со зголемување на напонот за обратна пристрасност додека не се скрши диодата. За време на дефект, струјата се зголемува толку многу што диодата не успева, освен ако отпорник е поврзан во серија за да се ограничи оваа струја. Обично избираме диода со обратен напон поголем од напоните што може да се применат за време на работата на колото за да се спречи дефект на диодата. Типично, силиконските диоди се достапни со пробивен напон од 50, 100, 200, 400, 800 волти и повисоки. Исто така, можно е да се произведат диоди со помал пробивен напон (неколку волти) за употреба како стандарди за напон.
Претходно споменавме дека микроамперската струја на обратно истекување во силиконските диоди се должи на спроводливоста на внатрешниот полупроводник. Ова истекување може да се објасни со теорија. Топлинска енергијасоздава неколку парови електрон-дупки кои спроведуваат струја на истекување пред рекомбинација. Во вистинската практика, оваа предвидлива струја е само дел од струјата на истекување. ПовеќетоСтрујата на истекување се должи на површинската спроводливост поврзана со недостатокот на чистота на полупроводничката површина. Двете компоненти на струјата на истекување се зголемуваат со температурата, приближувајќи се до микроампери за мали силиконски диоди.
За германиум, струјата на истекување е неколку реда на големина поголема. Бидејќи полупроводниците од германиум денес ретко се користат во пракса, ова не е голем проблем.
Ајде да го сумираме
P-N спојниците се направени од едно кристално парче полупроводник со региони од типот P и N во непосредна близинаод транзицијата.
Трансферот на електроните преку спојот од страната N-тип до дупките на страната P-тип, проследен со взаемно уништување, создава пад на напонот на спојот кој се движи од 0,6 до 0,7 волти за силициум, во зависност од полупроводникот.
Директно P-N поместувањетранзицијата кога вредноста на напредниот напон е надмината предизвикува струја да тече низ спојот. Применетата надворешна потенцијална разлика предизвикува мнозинските носители на полнеж да се движат кон спојот, каде што се случува рекомбинација, дозволувајќи им на електричната струја да тече.
Обратно пристрасување на P-N спојот речиси и да нема струја. Применетата обратна пристрасност ги повлекува мнозинските носители на полнење подалеку од спојот. Ова ја зголемува дебелината на не-спроводливиот регион на исцрпување.
Струја на обратно истекување тече низ P-N спој на кој се применува обратна пристрасност, во зависност од температурата. Во мали силиконски диоди не надминува микроампери.
Силно зависи од концентрацијата на нечистотии. Полупроводници, чии електрични својства зависат од нечистотиите на другите хемиски елементи, се нарекуваат нечистотии полупроводници. Постојат два вида на нечистотии: донор и акцептор.
Донаторсе нарекува нечистотија, чии атоми му даваат на полупроводникот слободни електрони, а добиената електрична спроводливост поврзана со движењето на слободните електрони е електронски. Полупроводник со електронска спроводливост се нарекува електронски полупроводник и е конвенционално означен Латинска буква n е првата буква од зборот „негативен“.
Да го разгледаме процесот на формирање на електронска спроводливост во полупроводник. Да го земеме силиконот како главен полупроводнички материјал (најчести се силициумските полупроводници). Силиконот (Si) има четири електрони во надворешната орбита на атомот, кои ги одредуваат неговите електрични својства (т.е., тие се движат под влијание на напонот за да создадат електрична струја). Кога атомите на нечистотија на арсен (As) се внесуваат во силициумот, кој има пет електрони во неговата надворешна орбита, четири електрони комуницираат со четири електрони силициум, формирајќи ковалентна врска, а петтиот електрон од арсен останува слободен. Под овие услови, тој лесно се одвојува од атомот и може да се движи во супстанцијата.
Акцепторе нечистотија чии атоми прифаќаат електрони од атомите на полупроводникот домаќин. Добиената електрична спроводливост поврзана со движењето позитивни полнежи- дупки, наречени дупка. Полупроводник со електрична спроводливост на дупка се нарекува полупроводник на дупка и конвенционално се означува со латинската буква p - првата буква од зборот „позитивен“.
Да го разгледаме процесот на формирање на спроводливост на дупката. Кога атомите на нечистотија на индиум (In) се внесуваат во силикон, кој има три електрони во надворешната орбита, тие стапуваат во комуникација со три електрони силициум, но оваа врска се покажува како нецелосна: недостасува уште еден електрон за да се поврзе со четвртиот електрон од силициум. Атомот на нечистотија го добива електронот што недостасува од еден од блиските атоми на полупроводникот домаќин, по што се поврзува со сите четири соседни атоми. Благодарение на додавањето на електрон, тој добива вишок негативен полнеж, односно се претвора во негативен јон. Во исто време, полупроводничкиот атом, од кој четвртиот електрон отишол до атом на нечистотија, се покажува дека е поврзан со соседните атоми само со три електрони. така, настанува вишок на позитивен полнеж и се појавува непополнета врска, т.е дупка.
Еден од важни својстваПолупроводник е тоа што ако има дупки, струјата може да помине низ него дури и ако во него нема слободни електрони. Ова се објаснува со способноста на дупките да се движат од еден полупроводнички атом до друг.
Движење на „дупки“ во полупроводник
Со внесување на донорска нечистотија во дел од полупроводник и нечистотија на акцептор во друг дел, можно е да се добијат региони со спроводливост на електрони и дупки во него. На границата на регионите на електронска спроводливост и дупка, се формира таканаречена транзиција на електрон-дупка.
P-N спој
Да ги разгледаме процесите што се случуваат кога струјата поминува низ транзиција електронска дупка. Левиот слој, означен n, има електронска спроводливост. Струјата во него е поврзана со движењето на слободните електрони, кои конвенционално се означени со кругови со знак минус. Десниот слој, означен како p, има спроводливост на дупки. Струјата во овој слој е поврзана со движењето на дупките, кои се означени на сликата со кругови со „плус“.
Движење на електрони и дупки во режим на директна спроводливост
Движење на електрони и дупки во режим на обратна спроводливост.
Кога полупроводниците доаѓаат во контакт со разни видовиспроводливи електрони поради дифузијаќе почнат да се движат во p-регионот, а дупките - во n-регионот, како резултат на што граничен слој n-регионот е позитивно наелектризиран, а граничниот слој на p-регионот е негативно наелектризиран. Помеѓу регионите се јавува електрично поле, кое делува како бариера за главните носачи на струја, поради што во p-n спојот се формира регион со намалена концентрација на полнеж. Електричното поле во pn-спој се нарекува потенцијална бариера, а pn-спојот се нарекува блокирачки слој. Ако правецот на надворешното електрично поле е спротивен на правецот p-n полињатранзиција („+“ на p-регионот, „-“ на n-регионот), тогаш потенцијалната бариера се намалува, концентрацијата на полнежи во раскрсницата p-n се зголемува, ширината и, следствено, отпорот на спојот се намалува. Кога се менува поларитетот на изворот, надворешното електрично поле се совпаѓа со насоката на полето на раскрсницата pn, ширината и отпорот на спојот се зголемуваат. Затоа, pn-спојот има својства на портата.
Полупроводничка диода
Диоданаречен полупроводнички уред за електрично конвертирање со еден или повеќе p-n спојки и два терминали. Во зависност од главната цел и феноменот што се користи во p-n спојот, постојат неколку главни функционални типовиполупроводнички диоди: исправувач, висока фреквенција, импулс, тунел, зенер диоди, варикапс.
Основни карактеристики на полупроводнички диодие струјно-напонската карактеристика (VAC). За секој тип на полупроводничка диода, карактеристиката на струја-напон има своја форма, но сите тие се засноваат на карактеристиката на струја-напон на рамна исправувачка диода, која има форма:
Струјно-напонска карактеристика (CVC) на диодата: 1 - карактеристика на директна струја-напон; 2 - карактеристика на обратна струја-напон; 3 — област на дефект; 4 - праволиниско приближување на директната струја-напонска карактеристика; Упор - праг напон; rdin - динамичен отпор; Упроб - дефектен напон
Скала на Y-оската за негативни вредностиИзбраните струи се многу пати поголеми отколку за позитивните.
Струјно-напонските карактеристики на диодите минуваат низ нула, но доволно забележлива струја се појавува само кога праг напон(U пора), која за германиум диоди е еднаква на 0,1 - 0,2 V, а за силициум диоди е еднаква на 0,5 - 0,6 V. Во регионот на негативни вредности на напон на диодата, при веќе релативно ниски напони ( U arr. ) се јавува обратна струја(Ар.). Оваа струја е создадена од малцински носители: електрони од p-регионот и дупки од n-регионот, чиј премин од еден регион во друг е олеснет со потенцијална бариера во близина на интерфејсот. Како што се зголемува обратниот напон, струјата не се зголемува, бидејќи бројот на малцинските носители што се појавуваат на преодната граница по единица време не зависи од надворешно применетиот напон, освен ако е многу висок. Обратна струја за силициум диоди е неколку реда на големина помала отколку за германиум диоди. Понатамошно зголемување на обратниот напон до пробивен напон(U примероци) води до фактот дека електроните од валентниот појас се движат кон проводниот опсег, а Зенер ефект. Во овој случај, обратната струја нагло се зголемува, што предизвикува загревање на диодата и дополнително зголемување на струјата доведува до термички дефект и уништување на раскрсницата p-n.
Означување и определување на главните електрични параметри на диодите
Означување на полупроводничка диода
Како што беше наведено претходно, диодата спроведува струја во една насока (т.е. идеално е само проводник со мал отпор), во другата насока не (т.е. се претвора во проводник со многу висок отпор), со еден збор , тоа има еднонасочна спроводливост. Според тоа, има само два заклучоци. Како што стана обичај уште од времето на технологијата на светилки, тие се нарекуваат анодна(позитивен излез) и катода(негативно).
Сите полупроводнички диоди можат да се поделат во две групи: исправувач и специјални. Исправувачки диоди, како што сугерира името, се наменети за исправување наизменична струја. Во зависност од фреквенцијата и обликот AC напонТие се поделени на висока фреквенција, ниска фреквенција и пулс. Специјалнитиповите на полупроводнички диоди користат различни својства на p-n споеви; феномен на дефект, капацитивност на бариерата, присуство на области со негативен отпор итн.
Исправувачки диоди
Структурно, исправувачките диоди се поделени на рамни и точки диоди, а според технологијата на производство на легура, дифузија и епитаксијална. Рамни диоди благодарение на голема површина pn спојниците се користат за исправување високи струи. Точка диоди имаат мала површинатранзиција и, соодветно, се наменети за исправување ниски струи. За да се зголеми пробивниот напон на лавината, се користат исправувачки столбови, кои се состојат од серија диоди поврзани во серија.
Исправувачки диоди висока моќностповикани Со сила. Материјалот за таквите диоди е обично силициум или галиум арсенид. Диоди од силиконска легура се користат за исправување на наизменична струја со фреквенција до 5 kHz. Силиконските дифузни диоди можат да работат на повисоки фреквенции, до 100 kHz. Силиконските епитаксијални диоди со метална подлога (со Шотки бариера) може да се користат на фреквенции до 500 kHz. Диодите на галиум арсенид се способни да работат во фреквентен опсег до неколку MHz.
Енергетските диоди обично се карактеризираат со збир на статички и динамички параметри. ДО статички параметриДиодите вклучуваат:
- пад на напон U pr на диодата при одредена вредност на напредната струја;
- обратна струјавртам при одредена вредност на обратен напон;
- средна вредност еднонасочна струја I pr.sr. ;
- пулсот обратен напон U arr.i. ;
ДО динамички параметридиодата ги вклучува нејзините временски и фреквентни карактеристики. Овие параметри вклучуваат:
- време за опоравувањетреверсен напон;
- време на порастдиректна струја Јас на отворено ;
- ограничување на фреквенцијатабез намалување на режимите на диодите f max.
Статичките параметри може да се постават со помош на струјно-напонската карактеристика на диодата.
Времетраењето на обратното обновување на диодата е главниот параметар на исправувачките диоди, што ги карактеризира нивните инерцијални својства. Се одредува кога диодата се префрла од дадена напредна струја I pr на даден обратен напон U arr. За време на префрлувањето, напонот преку диодата станува обратен. Поради инертноста на процесот на дифузија, струјата во диодата не престанува веднаш, туку со текот на времето t ext. Во суштина, ресорпцијата на полнежот се јавува на границата на p-n спојот (т.е. празнење на еквивалентен капацитет). Од ова произлегува дека загубата на енергија во диодата нагло се зголемува кога е вклучена, особено кога е исклучена. Оттука, загуби на диодисе зголемуваат со зголемување на фреквенцијата на коригираниот напон.
Кога температурата на диодата се менува, нејзините параметри се менуваат. Напредниот напон на диодата и неговата обратна струја најсилно зависат од температурата. Приближно можеме да претпоставиме дека TKN ( температурен коефициентнапон) Upr = -2 mV/K, а обратната струја на диодата има позитивен коефициент. Така, со секое зголемување на температурата од 10 °C, обратната струја на германиум диодите се зголемува за 2 пати, а на силициумските диоди за 2,5 пати.
Шотки бариерни диоди
Тие се широко користени за исправување на ниски напони со висока фреквенција. Шотки бариерни диоди. Овие диоди користат метален површински контакт наместо pn спој. На местото на допир се појавуваат полупроводнички слоеви осиромашени од носителите на полнеж, кои се нарекуваат слоеви на портата. Диодите со Шотки бариера се разликуваат од диодите со pn спој по следните параметри:
- повеќе низок директнопад на напон;
- има повеќе низок рикверцНапон;
- повеќе висока струјапротекување;
- за малку без надоместобратно закрепнување.
Две главни карактеристики ги прават овие диоди неопходни: низок пад на напонот напред и кратко време за обновување на обратен напон. Покрај тоа, отсуството на непримарни медиуми кои бараат време за опоравување значи физички нема загубиза да ја префрлите самата диода.
Максималниот напон на модерните Шотки диоди е околу 1200 V. При овој напон, напредниот напон на Шотки диодата е 0,2...0,3 V помал од напредниот напон на диодите за поврзување p-n.
Предностите на Шотки диодата стануваат особено забележливи при исправување на ниски напони. На пример, Шотки диодата од 45 волти има напреден напон од 0,4...0,6 V, а при иста струја p-n спојната диода има пад на напон од 0,5...1,0 V. Кога обратниот напон паѓа на 15 V , напредниот напон се намалува на 0,3...0,4 V. Во просек, употребата на Шотки диоди во исправувач може да ги намали загубите за приближно 10...15%. Максималната работна фреквенција на Шотки диодите надминува 200 kHz.
Теоријата е добра, но без практична применатоа се само зборови.
Принцип на работа полупроводнички уредисе објаснува со својствата на т.н.
Транзиција на електронска дупка - ова е пределот на полупроводникот во кој има просторна промена во видот на спроводливоста (од електронски n-површина до дупка p-региони). Бидејќи концентрацијата на дупките во p регионот на транзицијата електрон-дупка е многу повисока отколку во n регионот, дупките од регионот n имаат тенденција да се дифузираат во електронскиот регион. Електроните се дифузираат во p-регионот.
За да се создаде спроводливост од n- или p-тип во оригиналниот полупроводник (обично 4-валентен германиум или силициум), на него се додаваат атоми од 5-валентни или 3-валентни нечистотии, соодветно (фосфор, арсен или алуминиум, индиум итн. )
Атомите на 5-валентната нечистотија (донатори) лесно донираат еден електрон на проводниот опсег, создавајќи вишок на електрони во полупроводникот кои не се вклучени во формирањето на ковалентни врски; спроводникот добива спроводливост од n-тип. Воведувањето на 3-валентна нечистотија (акцептори) води до фактот дека вториот, земајќи еден електрон од атомите на полупроводниците за да ги создаде исчезнатите ковалентна врска, му дава спроводливост од p-тип, бидејќи дупките формирани во овој случај (празни нивоа на енергијаво валентниот опсег) се однесуваат електрично или магнетни полињакако носители на позитивни полнежи. Дупките во полупроводниците од типот p и електроните во полупроводниците од n-тип се нарекуваат мнозински носители за разлика од малцинските носители (електрони во полупроводник од типот p и дупки во полупроводник од тип n), кои се генерираат поради топлинските вибрации на атомите во кристалната решетка.
Доколку полупроводниците со различни типовиспроводливоста доведуваат во контакт (контактот се создава технолошки, но не и механички), тогаш електроните во полупроводникот од n-тип добиваат можност да го окупираат бесплатни нивоаво валентниот појас на полупроводник од p-тип. ќе се случи рекомбинација на електрони со дупки во близина на интерфејсот на различни типови полупроводници.
Овој процес е сличен на дифузијата на слободните електрони од полупроводник од n-тип во полупроводник од p-тип и дифузија на дупки во спротивна насока. Како резултат на заминувањето на главните носители на полнење, се создава слој осиромашен од мобилни носачи на интерфејсот на различни типови полупроводници, во кои позитивните јони ќе бидат лоцирани во n-регионот донаторатоми; и во п-регионот - негативни јони акцепторатоми. Овој слој, осиромашен од мобилни носители и се протега на делови од микрон, е транзиција на електронска дупка.
Потенцијална бариера во p-n спој.
Ако се примени на полупроводник електричен напон, тогаш во зависност од поларитетот на овој напон, раскрсницата p-n покажува сосема различни својства.
Својства на p-n спој кога се директно поврзани.
Својства на p-n спој при обратно префрлување.
Значи, со одреден степен на приближување, можеме да претпоставиме дека електричната струја тече низ p-n спојот ако поларитетот на напонот на изворот на енергија е правилен, и, напротив, нема струја кога поларитетот е обратен.
Меѓутоа, покрај зависноста на добиената струја од надворешна енергија, на пример, извор на енергија или фотони на светлина, кој се користи во голем број на полупроводнички уреди, постои топлинска генерација. Во овој случај, концентрацијата на внатрешните носители на полнеж нагло се намалува, и затоа ЈасОБР Така, ако раскрсницата е изложена на надворешна енергија, тогаш се појавува пар бесплатни трошоци: електрон – дупка. Секој носител на полнење роден во регионот на вселенско полнењестр–nтранзиција, ќе бидат подигнати електрично поле Е VN и исфрлен: електрон – воn– област, дупка – во стр– регион. Настанува електрична струја, која е пропорционална на ширината на просторот за полнење. Ова се должи на фактот дека колку повеќе Е VN , толку е поширок регионот каде што има електрично поле во кое се случува создавање и раздвојување на носителите на полнеж. Како што споменавме погоре, брзината на создавање на носителите на полнеж во полупроводникот зависи од концентрацијата и енергетската положба на длабоките нечистотии што постојат во материјалот.
Од истата причина, максималната работна температура на полупроводникот е повисока. За германиум е 80º C, силициум: 150º C, галиум арсенид: 250º C (D Е= 1,4 eV). На повисоки температури, бројот на носителите на полнеж се зголемува, отпорот на кристалот се намалува, а полупроводникот е термички уништен.
Струјно-напонска карактеристика на p-n спој.
Карактеристики на волт-ампер (карактеристика на напон-напон) е графичка зависност на протокот низ р-n спојструја од надворешниот напон што се применува на него I=f(U) . Струјно-напонска карактеристика р-n спојза директно и обратно поврзување е дадено подолу.
Се состои од директно(0-А) и обратно(0-B-C) гранки; на вертикална оскаодложени вредности напред и обратна струја
, а на оската на апсцисата се вредностите напред и назад напон
.
Напон од надворешен извор применет на кристалот со r-pтранзиција, речиси целосно се фокусира на транзицијата осиромашена од превозникот. Во зависност од поларитетот, можни се две опции за префрлување DC напон - директно и обратно.
На директнокога е вклучено (сл. десно - горе), надворешното електрично поле е насочено кон внатрешното и делумно или целосно го ослабува, ја намалува висината на потенцијалната бариера ( Rpr ). На обратнокога е вклучено (сл. десно - долу), електричното поле се совпаѓа во насока со полето r-pтранзиција и доведува до зголемување на потенцијалната бариера ( Rrev ).
Карактеристиката на струја-напон на p-n спојот е опишана со аналитичката функција:
Каде
У - надворешен напон на соодветниот знак применет на транзицијата;
Iо = Ит - обратна (термичка) струја p-pтранзиција;
- температурен потенцијал, каде к - Болцманова константа, q- елементарен полнеж(на Т = 300К, 0,26 В).
При директен напон ( U>0
) - експоненцијалниот член се зголемува брзо [ 
], единицата во загради може да се занемари и разгледа. Со обратен напон ( У<0
) експоненцијалниот член се стреми кон нула, а струјата низ спојот е речиси еднаква на обратната струја; Ip-n = -Io
.
Волт-ампер p-n карактеристика-спојот покажува дека дури и при релативно мали напредни напони, отпорот на спојот паѓа, а напредната струја нагло се зголемува.
Дефект на p–n спојот.
Пробив наречена остра промена во режимот на работа на спој под обратен напон.
Карактеристична карактеристика на оваа промена е нагло намалување отпорност на диференцијална транзиција (Рдиф
). Соодветниот дел од карактеристиката на струја-напон е прикажан на сликата од десната страна (обратна гранка). Откако ќе започне дефектот, мало зголемување на обратниот напон е придружено со нагло зголемување на обратната струја. За време на процесот на дефект, струјата може да се зголеми со постојан, па дури и опаѓачки (во апсолутна вредност) обратен напон (во вториот случај, диференцијален отпор Рдиф
излегува дека е негативно).
Се случува дефект лавина, тунел, термал.Најчесто се нарекуваат дефекти на тунели и лавини електричен дефект.
Од особена важност се контактите на полупроводниците со различни типови на спроводливост, таканаречените p-n спојници. Врз основа на нив се создаваат полупроводнички диоди, детектори, термоелементи и транзистори.
Слика 41 го прикажува колото на pn спој.
На интерфејсот на полупроводниците од типот p-n, се формира таканаречен „слој за блокирање“, кој има голем број извонредни својства што обезбедија широка употреба на раскрсниците p-n во електрониката.
Бидејќи концентрацијата на слободни електрони во полупроводник од n-тип е многу висока, а во полупроводник од p-тип е многу пати помала, дифузијата на слободните електрони од регионот n до регионот p се јавува на границата.
Истото може да се каже и за дупките; тие се дифузираат обратно од p до n.
Поради ова, интензивна рекомбинација на парови електрон-дупки се јавува во граничниот регион (во „блокирачкиот слој“), блокирачкиот слој е исцрпен од тековни носители, а неговиот отпор нагло се зголемува.
Како резултат на дифузијата, на двете страни на границата се формира позитивен волуменски полнеж во n регионот и негативен волуменски полнеж во p регионот.
Така, во блокирачкиот слој се јавува електрично поле со интензитет , чии линии на поле се насочени од n до p, па оттука и допирната потенцијална разлика 
, каде што dk е дебелината на слојот на бариерата. Слика 37 покажува график на распределбата на потенцијалот во pn спојот.
Потенцијалот на границата на p и n региони се зема како нула потенцијал.
Треба да се напомене дека дебелината на преградниот слој е многу мала и на Сл. 42 неговата скала е многу искривена за јасност.
Колку е поголема концентрацијата на главните носители, толку е поголем контактниот потенцијал; во овој случај, дебелината на бариерниот слој се намалува. На пример, за германиум при просечни концентрации на атоми на нечистотија.
Велика Британија = 0,3 - 0,4 (V)
dk = 10 -6 – 10 -7 (m)
Контактното електрично поле ја инхибира дифузијата на електроните од n до p и дупките од p до n, и многу брзо се воспоставува динамичка рамнотежа во блокирачкиот слој помеѓу електроните и дупките што се движат поради дифузија (дифузиона струја) и нивното движење под влијание на контактното електрично поле во спротивна насока (дрифт струја или спроводна струја).
Во стабилна состојба, дифузната струја е еднаква и спротивна на спроводната струја, и бидејќи и електроните и дупките учествуваат во овие струи, вкупната струја низ блокирачкиот слој е нула.
Слика 43 покажува графикони на распределбата на енергијата на слободните електрони и дупките во p-n спојот.
Графиконите покажуваат дека електроните од n регионот треба да надминат висока потенцијална бариера за да влезат во регионот p. Следствено, таа е достапна за многу малку од нив, оние најенергичните.
Во исто време, електроните од регионот p слободно минуваат во регионот n, водени таму од контактното поле (се тркалаат во „дупката“).
Но, во n-регионот концентрацијата на слободните електрони е занемарлива и во стабилна состојба мал, еднаков број електрони се движат низ границата во спротивни насоки.
Слично размислување може да се направи за движењето на дупките преку границата на pn спој. Како резултат на тоа, во отсуство на надворешно електрично поле, вкупната струја низ блокирачкиот слој е нула.
Позитивниот пол на тековниот извор го поврзуваме со полупроводникот од типот p на спојот p-n, а негативниот пол со полупроводникот од типот n, како што е прикажано на слика 44.
Тогаш електричното поле во овој дизајн, насочено од полупроводникот од типот p кон полупроводникот од типот n, го промовира насоченото движење на дупките и електроните низ блокирачкиот слој, што доведува до збогатување на блокирачкиот слој со мнозински носители на струја и, следствено, до намалување на неговата отпорност. Струите на дифузија значително ги надминуваат струите на спроводливост, и оние што се генерирани од електрони и дупки. Електричната струја тече низ pn спојот поради насоченото движење на мнозинските носители.
Во овој случај, вредноста на контактниот потенцијал (потенцијалната бариера) нагло паѓа, бидејќи надворешното поле е насочено спроти контактното. Тоа значи дека за да се создаде струја, доволно е да се поврзе надворешен напон од редот од само неколку десетини од еден волт на pn-спојот.
Струјата што произлегува овде се нарекува еднонасочна струја. Во полупроводник од типот p, напредната струја го претставува насоченото движење на дупките во насока на надворешното поле, а во полупроводникот од типот n, слободните електрони во спротивна насока. Само електроните се движат во надворешни (метални) жици. Тие се движат во правец од минусот на изворот и ја компензираат загубата на електрони кои заминуваат низ блокирачкиот слој во регионот p. И од p електроните минуваат низ металот до + изворот. Кон електроните, „дупките“ од p-регионот се движат низ блокирачкиот слој во n-регионот.
Распределбата на потенцијалот во овој случај е прикажана на Слика 45а
Испрекината линија ја покажува распределбата на потенцијалот во pn спојот во отсуство на надворешно електрично поле. Промената на потенцијалот надвор од блокирачкиот слој е занемарлива.
На сл. Слика 45б ја прикажува распределбата на електроните и дупките во услови на директна струја.
Од Слика 40б е јасно дека потенцијалната бариера нагло се намалила и лесно е за главните носители на струја, електроните и дупките, да навлезат низ слојот на бариерата во региони кои се „туѓи“ за нив.
Сега да го поврземе позитивниот пол со полупроводникот од n-тип, а негативниот со р-типот. Под влијание на таквите обратнонапон низ p-n спојот тече т.н обратна струја.
Во овој случај, силите на надворешните електрични и контактни полиња се истовремено насочени, затоа, јачината на добиеното поле се зголемува и потенцијалната бариера се зголемува, што станува практично непремостливо за пенетрација на мнозинските носители низ блокирачкиот слој и дифузијата. струите престануваат. Надворешното поле има тенденција да ги оддалечи дупките и електроните едни од други, а ширината на блокирачкиот слој и неговиот отпор се зголемуваат. Низ слојот на бариерата минуваат само струи на спроводливост, односно струи предизвикани од насоченото движење на малцинските носители. Но, бидејќи концентрацијата на малцинските носители е многу помала од мнозинството, оваа обратна струја е многу помала од напредната струја.
Слика 45в ја прикажува распределбата на потенцијалот во pn спојот во случај на обратна струја.
Извонредно својство на pn-спој е неговата еднонасочна спроводливост.
Кога надворешното поле е насочено директно од p до n, струјата е голема, а отпорот е мал.
Во спротивна насока, струјата е мала, а отпорот е висок.