Persimpangan p-n (pe-en) ialah kawasan ruang pada persimpangan dua semikonduktor jenis p dan n, di mana peralihan daripada satu jenis kekonduksian kepada yang lain berlaku, peralihan sedemikian juga dipanggil peralihan lubang elektron.
Terdapat dua jenis semikonduktor: jenis p dan n. Dalam jenis n, pembawa caj utama ialah elektron , dan dalam jenis p - yang utama dicas positif lubang-lubang. Lubang positif muncul selepas elektron dikeluarkan daripada atom dan lubang positif terbentuk di tempatnya.
Untuk memahami bagaimana simpang p-n berfungsi, anda perlu mengkaji komponennya, iaitu semikonduktor jenis p dan n.
Semikonduktor jenis P dan n dibuat berdasarkan silikon monohabluran, yang mempunyai sangat darjat tinggi ketulenan, oleh itu kekotoran yang sedikit (kurang daripada 0.001%) mengubahnya dengan ketara sifat elektrik.
Dalam semikonduktor jenis-n, pembawa cas utama ialah elektron . Untuk mendapatkannya mereka gunakan kekotoran penderma, yang dimasukkan ke dalam silikon,- fosforus, antimoni, arsenik.
Dalam semikonduktor jenis-p, pembawa cas utama bercas positif lubang-lubang . Untuk mendapatkannya mereka gunakan kekotoran penerima — aluminium, boron
Semikonduktor n - jenis (konduksi elektronik)
Atom fosforus kekotoran biasanya menggantikan atom utama di tapak kekisi kristal. Dalam kes ini, empat elektron valens atom fosforus bersentuhan dengan empat elektron valens empat atom silikon yang bersebelahan, membentuk cangkerang stabil lapan elektron. Elektron valens kelima atom fosforus ternyata terikat lemah pada atomnya dan di bawah pengaruh kuasa luar(getaran terma kekisi, medan elektrik luaran) dengan mudah menjadi bebas, mencipta peningkatan kepekatan elektron bebas . Crystal memperoleh kekonduksian elektronik atau kekonduksian jenis-n . Dalam kes ini, atom fosforus, tanpa elektron, terikat tegar pada kekisi kristal silikon dengan cas positif, dan elektron adalah cas negatif mudah alih. Dengan ketiadaan daya luaran, mereka saling mengimbangi, iaitu dalam silikon jenis-nbilangan elektron pengaliran bebas ditentukan bilangan atom kekotoran penderma yang diperkenalkan.
Semikonduktor p - jenis (kekonduksian lubang)
Atom aluminium, yang hanya mempunyai tiga elektron valensi, tidak boleh secara bebas mencipta cangkang lapan elektron yang stabil dengan atom silikon jiran, kerana untuk ini ia memerlukan elektron lain, yang diambilnya dari salah satu atom silikon yang terletak berdekatan. Atom silikon tanpa elektron mempunyai cas positif dan, kerana ia boleh merebut elektron daripada atom silikon jiran, ia boleh dianggap sebagai cas positif mudah alih yang tidak dikaitkan dengan kekisi kristal, dipanggil lubang. Atom aluminium yang telah menangkap elektron menjadi pusat bercas negatif, terikat tegar pada kekisi kristal. Kekonduksian elektrik semikonduktor sedemikian adalah disebabkan oleh pergerakan lubang, itulah sebabnya ia dipanggil semikonduktor lubang jenis p. Kepekatan lubang sepadan dengan bilangan atom kekotoran penerima yang diperkenalkan.
Jika blok semikonduktor jenis-P disambungkan kepada blok semikonduktor jenis-N (Rajah di bawah (a)), hasilnya tidak akan membuat sebarang perbezaan. Kami akan mempunyai dua blok konduktif yang bersentuhan antara satu sama lain tanpa mempamerkan sebarang sifat unik. Masalahnya terletak pada dua yang berasingan dan berbeza struktur kristal. Bilangan elektron diimbangi dengan bilangan proton dalam kedua-dua blok. Oleh itu, hasilnya ialah tiada blok yang mempunyai sebarang caj.
Walau bagaimanapun, cip semikonduktor tunggal yang diperbuat daripada bahan jenis P pada satu bahagian dan bahan jenis N pada bahagian lain (Rajah di bawah (b)) mempunyai sifat unik. Dalam bahan jenis P, pembawa utama adalah pembawa caj positif, lubang, yang bergerak bebas di sepanjang kekisi kristal. Dalam bahan jenis N, yang utama dan mudah alih adalah media negatif cas, elektron. Berhampiran simpang, elektron daripada bahan jenis N meresap melalui simpang, bergabung dengan lubang dalam bahan jenis P. Kawasan bahan jenis P berhampiran peralihan menjadi cas negatif disebabkan oleh elektron yang tertarik. Oleh kerana elektron telah meninggalkan kawasan jenis N, ia memperoleh cas positif tempatan. Lapisan nipis kekisi kristal antara caj ini kini kehabisan pembawa majoriti, oleh itu ia dikenali sebagai kawasan penyusutan. Kawasan ini menjadi bahan tidak konduktor daripada semikonduktornya sendiri. Pada dasarnya, kami mempunyai hampir penebat yang memisahkan kawasan doped konduktif jenis P dan N.
(a) Blok semikonduktor jenis P dan N tidak mempunyai sifat yang boleh digunakan apabila bersentuhan.
(b) Hablur tunggal yang didop dengan kekotoran jenis P dan N mewujudkan halangan berpotensi.
Pemisahan cas dalam persimpangan P-N ini mewakili halangan yang berpotensi. Halangan berpotensi ini boleh diatasi dengan pendedahan kepada sumber luar voltan menyebabkan simpang mengalir elektrik. Pembentukan peralihan dan halangan berpotensi berlaku semasa proses pengeluaran. Magnitud halangan berpotensi bergantung pada bahan yang digunakan dalam pengeluaran. Simpang silikon P-N mempunyai potensi halangan yang lebih tinggi berbanding dengan simpang germanium.
Dalam rajah di bawah (a), bateri disambungkan supaya terminal negatif sumber membekalkan elektron kepada bahan jenis-N. Elektron ini meresap ke arah persimpangan. Terminal positif sumber mengeluarkan elektron daripada semikonduktor jenis P, mewujudkan lubang yang meresap ke arah persimpangan. Jika voltan bateri cukup tinggi untuk mengatasi potensi simpang (0.6V untuk silikon), elektron dari rantau jenis N dan lubang dari rantau jenis P bergabung, membatalkan satu sama lain. Ini membebaskan ruang di dalam grid untuk pergerakan ke arah peralihan lebih pembawa caj. Oleh itu, arus cas utama bagi kawasan jenis N dan jenis P mengalir ke arah peralihan. Penggabungan semula di persimpangan membolehkan arus bateri mengalir melalui persimpangan P-N diod. Kemasukan ini dipanggil berat sebelah hadapan.
(a) Pincang ke hadapan menolak pembawa cas ke arah simpang, di mana penggabungan semula dipantulkan dalam arus bateri. (b) Pincang songsang menarik pembawa cas ke terminal bateri, jauh dari persimpangan. Ketebalan kawasan yang berkurangan bertambah. Tiada arus stabil mengalir melalui bateri.
Jika kekutuban bateri diterbalikkan seperti yang ditunjukkan dalam rajah (b) di atas, pembawa cas majoriti tertarik dari simpang ke terminal bateri. Terminal positif bateri menarik diri daripada peralihan pembawa cas utama di rantau jenis N, elektron. Terminal negatif menarik diri daripada peralihan pembawa majoriti di rantau jenis P, lubang. Ini meningkatkan ketebalan kawasan penyusutan tidak konduktif. Tiada penggabungan semula pembawa utama; dan dengan itu tiada kekonduksian. Sambungan bateri ini dipanggil bias songsang.
Simbol diod yang ditunjukkan dalam rajah (b) di bawah sepadan dengan wafer semikonduktor doped dalam rajah (a). Diod ialah satu arah peranti. Arus elektronik mengalir hanya dalam satu arah, melawan anak panah, sepadan dengan pincang ke hadapan. Katod, jalur pada simbol diod, sepadan dengan semikonduktor jenis N. Anod, anak panah, sepadan dengan semikonduktor jenis P.
Nota: artikel asal mencadangkan algoritma untuk mengingati lokasi jenis semikonduktor dalam diod. Tidak menunjukkan ( N ot-pointing) bahagian simbol(band) sepadan dengan semikonduktor N-jenis. menunjuk ( P ointing) bahagian simbol (anak panah) sepadan dengan P-jenis.
(a) Pincang hadapan simpang PN (b) Simbol diod yang sepadan
(c) Plot arus lawan voltan diod silikon
Jika diod dipincang ke hadapan (seperti ditunjukkan dalam rajah (a) di atas), apabila voltan meningkat daripada 0 V, arus akan meningkat secara perlahan. Dalam kes diod silikon, aliran arus boleh diukur apabila voltan menghampiri 0.6 V (Rajah (c) di atas). Apabila voltan meningkat melebihi 0.6 V, arus selepas selekoh dalam graf akan mula meningkat dengan mendadak. Meningkatkan voltan melebihi 0.7V boleh menghasilkan arus yang cukup besar untuk memusnahkan diod. Voltan hadapan U pr ialah salah satu ciri semikonduktor: 0.6-0.7 V untuk silikon, 0.2 V untuk germanium, beberapa volt untuk diod pemancar cahaya. Arus hadapan boleh berjulat dari beberapa mA untuk diod titik hingga 100 mA untuk diod arus rendah dan sehingga puluhan dan ribuan ampere untuk diod kuasa.
Jika diod adalah pincang arah terbalik, maka hanya arus bocor semikonduktor intrinsik yang mengalir. Ini digambarkan dalam graf di sebelah kiri asal (Rajah (c) di atas). Untuk diod silikon arus ini berada pada tahap tertinggi keadaan yang melampau akan menjadi lebih kurang 1 µA. Arus ini meningkat secara tidak dapat dilihat dengan peningkatan voltan pincang songsang sehingga diod rosak. Semasa kerosakan, arus meningkat dengan banyak sehingga diod gagal melainkan perintang disambungkan secara bersiri untuk mengehadkan arus ini. Kami biasanya memilih diod dengan voltan terbalik lebih besar daripada voltan yang boleh digunakan semasa operasi litar untuk mengelakkan kerosakan diod. Biasanya, diod silikon tersedia dengan voltan pecahan 50, 100, 200, 400, 800 volt dan lebih tinggi. Ia juga mungkin untuk menghasilkan diod dengan voltan kerosakan yang lebih rendah (beberapa volt) untuk digunakan sebagai piawaian voltan.
Kami menyebut sebelum ini bahawa arus bocor terbalik mikroampere dalam diod silikon adalah disebabkan oleh kekonduksian semikonduktor intrinsik. Kebocoran ini boleh dijelaskan secara teori. Tenaga haba mencipta beberapa pasangan lubang elektron yang mengalirkan arus bocor sebelum penggabungan semula. Dalam amalan sebenar, arus yang boleh diramal ini hanyalah sebahagian kecil daripada arus bocor. Kebanyakan daripada Arus kebocoran adalah disebabkan oleh kekonduksian permukaan yang dikaitkan dengan kekurangan kebersihan permukaan semikonduktor. Kedua-dua komponen arus bocor meningkat dengan suhu, menghampiri mikroamp untuk diod silikon kecil.
Untuk germanium, arus bocor adalah beberapa urutan magnitud lebih tinggi. Oleh kerana semikonduktor germanium jarang digunakan dalam amalan hari ini, ini bukan masalah besar.
Mari kita ringkaskan
Sambungan P-N dibuat daripada sekeping kristal tunggal semikonduktor dengan kawasan jenis P dan N dalam berdekatan daripada peralihan.
Pemindahan elektron merentasi simpang dari sisi jenis N ke lubang pada sisi jenis P, diikuti dengan penghapusan bersama, mencipta penurunan voltan merentasi simpang antara 0.6 hingga 0.7 volt untuk silikon, bergantung kepada semikonduktor.
Langsung P-N mengimbangi peralihan apabila nilai voltan hadapan melebihi menyebabkan arus mengalir melalui simpang. Perbezaan potensi luaran yang digunakan menyebabkan pembawa cas majoriti bergerak ke arah persimpangan, di mana penggabungan semula berlaku, membenarkan arus elektrik mengalir.
Pincang songsang simpang P-N menghasilkan hampir tiada arus. Pincang songsang yang digunakan menarik pembawa caj majoriti dari persimpangan. Ini meningkatkan ketebalan kawasan penyusutan tidak konduktif.
Arus kebocoran songsang mengalir melalui persimpangan P-N yang dikenakan pincang songsang, bergantung pada suhu. Dalam diod silikon kecil ia tidak melebihi mikroamp.
Sangat bergantung pada kepekatan kekotoran. Semikonduktor, sifat elektrik yang bergantung pada kekotoran yang lain unsur kimia, dipanggil semikonduktor kekotoran. Terdapat dua jenis kekotoran: penderma dan penerima.
Penderma dipanggil kekotoran, atom yang memberikan elektron bebas semikonduktor, dan kekonduksian elektrik yang terhasil yang berkaitan dengan pergerakan elektron bebas ialah elektronik. Semikonduktor dengan kekonduksian elektronik dipanggil semikonduktor elektronik dan secara konvensional dilambangkan huruf latin n ialah huruf pertama perkataan "negatif".
Mari kita pertimbangkan proses pembentukan kekonduksian elektronik dalam semikonduktor. Mari kita ambil silikon sebagai bahan semikonduktor utama (separa konduktor silikon adalah yang paling biasa). Silikon (Si) mempunyai empat elektron di orbit luar atom, yang menentukan sifat elektriknya (iaitu, mereka bergerak di bawah pengaruh voltan untuk mencipta arus elektrik). Apabila atom kekotoran arsenik (As) dimasukkan ke dalam silikon, yang mempunyai lima elektron di orbit luarnya, empat elektron berinteraksi dengan empat elektron silikon, membentuk ikatan kovalen, dan elektron kelima arsenik kekal bebas. Di bawah keadaan ini, ia mudah dipisahkan daripada atom dan boleh bergerak dalam bahan.
Penerima ialah bendasing yang atomnya menerima elektron daripada atom semikonduktor perumah. Kekonduksian elektrik yang terhasil dikaitkan dengan pergerakan caj positif- lubang, dipanggil lubang. Semikonduktor dengan kekonduksian elektrik lubang dipanggil semikonduktor lubang dan secara konvensional dilambangkan dengan huruf Latin p - huruf pertama perkataan "positif".
Mari kita pertimbangkan proses pembentukan kekonduksian lubang. Apabila atom indium (Dalam) kekotoran dimasukkan ke dalam silikon, yang mempunyai tiga elektron di orbit luar, mereka memasuki komunikasi dengan tiga elektron silikon, tetapi sambungan ini ternyata tidak lengkap: satu lagi elektron hilang untuk menyambung dengan keempat. elektron silikon. Atom kekotoran memperoleh elektron yang hilang daripada salah satu atom berdekatan semikonduktor utama, selepas itu ia dikaitkan dengan keempat-empat atom jiran. Terima kasih kepada penambahan elektron, ia memperoleh lebihan caj negatif, iaitu, ia berubah menjadi ion negatif. Pada masa yang sama, atom semikonduktor, dari mana elektron keempat telah pergi ke atom pengotor, ternyata dihubungkan dengan atom jiran oleh hanya tiga elektron. oleh itu, lebihan cas positif timbul dan ikatan yang tidak terisi muncul, iaitu lubang.
Satu daripada sifat penting Semikonduktor ialah jika terdapat lubang, arus boleh melaluinya walaupun tiada elektron bebas di dalamnya. Ini dijelaskan oleh keupayaan lubang untuk bergerak dari satu atom semikonduktor ke atom yang lain.
Pergerakan "lubang" dalam semikonduktor
Dengan memasukkan bendasing penderma ke dalam sebahagian daripada semikonduktor dan bendasing penerima ke bahagian lain, adalah mungkin untuk mendapatkan kawasan dengan kekonduksian elektron dan lubang di dalamnya. Di sempadan kawasan kekonduksian elektronik dan lubang, peralihan lubang elektron yang dipanggil terbentuk.
persimpangan P-N
Mari kita pertimbangkan proses yang berlaku apabila arus melalui peralihan lubang elektron. Lapisan kiri, yang ditetapkan n, mempunyai kekonduksian elektronik. Arus di dalamnya dikaitkan dengan pergerakan elektron bebas, yang secara konvensional ditunjukkan oleh bulatan dengan tanda tolak. Lapisan kanan, yang ditetapkan p, mempunyai kekonduksian lubang. Arus dalam lapisan ini dikaitkan dengan pergerakan lubang, yang ditunjukkan dalam angka dengan bulatan dengan "tambah".
Pergerakan elektron dan lubang dalam mod pengaliran langsung
Pergerakan elektron dan lubang dalam mod pengaliran terbalik.
Apabila semikonduktor bersentuhan dengan pelbagai jenis elektron pengaliran disebabkan oleh penyebaran akan mula bergerak ke p-region, dan lubang - ke n-region, akibatnya lapisan sempadan Wilayah-n dicas secara positif, dan lapisan sempadan kawasan-p bercas negatif. Medan elektrik timbul di antara kawasan, yang bertindak sebagai penghalang untuk pembawa arus utama, yang menyebabkan rantau dengan kepekatan cas berkurangan terbentuk di persimpangan p-n. Medan elektrik dalam persimpangan pn dipanggil penghalang potensi, dan persimpangan pn dipanggil lapisan penyekat. Jika arah medan elektrik luar bertentangan dengan arah medan p-n peralihan (“+” pada p-region, “-” pada n-region), maka halangan potensi berkurangan, kepekatan cas dalam persimpangan p-n meningkat, lebar dan, akibatnya, rintangan persimpangan berkurangan. Apabila kekutuban punca berubah, medan elektrik luaran bertepatan dengan arah medan simpang pn, lebar dan rintangan simpang bertambah. Oleh itu, simpang pn mempunyai sifat gerbang.
Diod semikonduktor
Diod dipanggil peranti semikonduktor penukar elektrik dengan satu atau lebih simpang p-n dan dua terminal. Bergantung pada tujuan utama dan fenomena yang digunakan dalam simpang p-n, terdapat beberapa utama jenis berfungsi diod semikonduktor: penerus, frekuensi tinggi, nadi, terowong, diod zener, varicaps.
asas ciri-ciri diod semikonduktor ialah ciri voltan semasa (VAC). Bagi setiap jenis diod semikonduktor, ciri voltan semasa mempunyai bentuknya sendiri, tetapi semuanya berdasarkan ciri voltan semasa diod penerus satah, yang mempunyai bentuk:
Ciri voltan semasa (CVC) diod: 1 - ciri voltan arus terus; 2 - ciri voltan arus terbalik; 3 - kawasan kerosakan; 4 - anggaran rectilinear ciri voltan arus terus; Voltan atas—ambang; rdin—rintangan dinamik; Uprob - voltan kerosakan
Skala paksi Y untuk nilai negatif arus yang dipilih adalah berkali-kali lebih besar daripada arus positif.
Ciri-ciri voltan semasa diod melalui sifar, tetapi arus yang cukup ketara muncul hanya apabila voltan ambang(Uliang U), yang untuk diod germanium adalah sama dengan 0.1 - 0.2 V, dan untuk diod silikon adalah sama dengan 0.5 - 0.6 V. Di kawasan nilai voltan negatif pada diod, pada voltan yang sudah agak rendah ( U arr. ) timbul arus terbalik(Saya arr.). Arus ini dicipta oleh pembawa minoriti: elektron kawasan p dan lubang kawasan n, peralihannya dari satu rantau ke kawasan lain difasilitasi oleh halangan berpotensi berhampiran antara muka. Apabila voltan terbalik meningkat, arus tidak meningkat, kerana bilangan pembawa minoriti yang muncul pada sempadan peralihan setiap unit masa tidak bergantung pada voltan yang digunakan secara luaran, melainkan ia sangat tinggi. Arus terbalik untuk diod silikon adalah beberapa urutan magnitud kurang daripada untuk diod germanium. Peningkatan selanjutnya dalam voltan terbalik kepada voltan kerosakan(sampel U) membawa kepada fakta bahawa elektron dari jalur valens bergerak ke jalur konduksi, dan a Kesan Zener. Dalam kes ini, arus terbalik meningkat dengan mendadak, yang menyebabkan pemanasan diod dan peningkatan selanjutnya dalam arus membawa kepada kerosakan haba dan pemusnahan persimpangan p-n.
Penetapan dan penentuan parameter elektrik utama diod
Penamaan diod semikonduktor
Seperti yang dinyatakan sebelum ini, diod mengalirkan arus dalam satu arah (iaitu, ia adalah idealnya hanya konduktor dengan rintangan rendah), dalam arah lain ia tidak (iaitu, ia bertukar menjadi konduktor dengan rintangan yang sangat tinggi), dalam satu perkataan , ia ada kekonduksian sehala. Sehubungan itu, ia hanya mempunyai dua kesimpulan. Seperti yang telah menjadi kebiasaan sejak zaman teknologi lampu, mereka dipanggil anod(output positif) dan katod(negatif).
Semua diod semikonduktor boleh dibahagikan kepada dua kumpulan: penerus dan khas. Diod penerus, seperti namanya, bertujuan untuk meluruskan arus ulang alik. Bergantung kepada kekerapan dan bentuk voltan AC Mereka dibahagikan kepada frekuensi tinggi, frekuensi rendah dan nadi. Istimewa jenis diod semikonduktor menggunakan sifat yang berbeza bagi simpang p-n; fenomena kerosakan, kemuatan penghalang, kehadiran kawasan dengan rintangan negatif, dsb.
Diod penerus
Secara struktur, diod penerus dibahagikan kepada diod planar dan titik, dan mengikut teknologi pembuatan kepada aloi, resapan dan epitaxial. Diod planar terima kasih kepada kawasan yang luas simpang pn digunakan untuk pembetulan arus tinggi. Diod titik mempunyai kawasan kecil peralihan dan, oleh itu, bertujuan untuk meluruskan arus rendah. Untuk meningkatkan voltan pecahan runtuhan salji, lajur penerus digunakan, yang terdiri daripada satu siri diod yang disambungkan secara bersiri.
Diod penerus kuasa tinggi dipanggil dengan paksaan. Bahan untuk diod tersebut biasanya silikon atau galium arsenide. Diod aloi silikon digunakan untuk membetulkan arus ulang alik dengan frekuensi sehingga 5 kHz. Diod penyebaran silikon boleh beroperasi pada frekuensi yang lebih tinggi, sehingga 100 kHz. Diod epitaxial silikon dengan substrat logam (dengan penghalang Schottky) boleh digunakan pada frekuensi sehingga 500 kHz. Diod gallium arsenide mampu beroperasi dalam julat frekuensi sehingga beberapa MHz.
Diod kuasa biasanya dicirikan oleh satu set parameter statik dan dinamik. KEPADA parameter statik diod termasuk:
- penurunan voltan U pr pada diod pada nilai tertentu arus hadapan;
- arus terbalik Saya putaran pada nilai voltan songsang tertentu;
- nilai purata arus terus saya pr.sr. ;
- nadi voltan terbalik U arr.i. ;
KEPADA parameter dinamik diod termasuk ciri masa dan frekuensinya. Parameter ini termasuk:
- masa pemulihan voltan treverse;
- masa naik arus terus I luar ;
- hadkan kekerapan tanpa mengurangkan mod diod f maks.
Parameter statik boleh ditetapkan menggunakan ciri voltan semasa diod.
Tiga masa pemulihan terbalik diod ialah parameter utama diod penerus, mencirikan sifat inersianya. Ia ditentukan apabila diod bertukar daripada arus hadapan yang diberikan I pr kepada voltan terbalik U arr yang diberikan. Semasa pensuisan, voltan merentasi diod menjadi terbalik. Disebabkan oleh inersia proses resapan, arus dalam diod tidak berhenti serta-merta, tetapi dari masa ke masa t ext. Pada asasnya, penyerapan cas berlaku di sempadan persimpangan p-n (iaitu, pelepasan kapasiti setara). Ia berikutan daripada ini bahawa kehilangan kuasa dalam diod meningkat dengan mendadak apabila ia dihidupkan, terutamanya apabila dimatikan. Oleh itu, kehilangan diod meningkat dengan peningkatan kekerapan voltan diperbetulkan.
Apabila suhu diod berubah, parameternya berubah. Voltan ke hadapan pada diod dan arus terbalik bergantung paling kuat pada suhu. Kira-kira kita boleh mengandaikan bahawa TKN ( pekali suhu voltan) Upr = -2 mV/K, dan arus terbalik diod mempunyai pekali positif. Jadi, dengan setiap kenaikan suhu 10 °C, arus terbalik diod germanium meningkat sebanyak 2 kali, dan diod silikon sebanyak 2.5 kali.
Diod penghalang Schottky
Ia digunakan secara meluas untuk membetulkan voltan rendah frekuensi tinggi. Diod penghalang Schottky. Diod ini menggunakan sentuhan permukaan logam dan bukannya simpang pn. Pada titik sentuhan, lapisan semikonduktor kehabisan pembawa cas muncul, yang dipanggil lapisan gerbang. Diod dengan penghalang Schottky berbeza daripada diod dengan persimpangan pn dalam parameter berikut:
- lebih lurus rendah penurunan voltan;
- mempunyai lebih terbalik rendah voltan;
- lebih arus tinggi kebocoran;
- hampir tiada caj pemulihan terbalik.
Dua ciri utama menjadikan diod ini amat diperlukan: penurunan voltan hadapan rendah dan masa pemulihan voltan terbalik yang singkat. Di samping itu, ketiadaan media bukan utama yang memerlukan masa pemulihan bermakna fizikal tiada kerugian untuk menukar diod itu sendiri.
Voltan maksimum diod Schottky moden ialah kira-kira 1200 V. Pada voltan ini, voltan hadapan diod Schottky ialah 0.2...0.3 V kurang daripada voltan hadapan diod simpang p-n.
Kelebihan diod Schottky menjadi amat ketara apabila membetulkan voltan rendah. Sebagai contoh, diod Schottky 45 volt mempunyai voltan hadapan 0.4...0.6 V, dan pada arus yang sama diod simpang p-n mempunyai kejatuhan voltan 0.5...1.0 V. Apabila voltan terbalik turun kepada 15 V , voltan hadapan berkurangan kepada 0.3...0.4 V. Secara purata, penggunaan diod Schottky dalam penerus boleh mengurangkan kerugian kira-kira 10...15%. Kekerapan operasi maksimum diod Schottky melebihi 200 kHz.
Teori adalah baik, tetapi tanpa permohonan praktikal ini hanyalah kata-kata.
Prinsip operasi peranti semikonduktor dijelaskan oleh sifat-sifat simpang lubang elektron yang dipanggil (simpang p-n) - antara muka antara kawasan semikonduktor dengan mekanisme pengaliran yang berbeza.
Peralihan lubang elektron - ini ialah kawasan semikonduktor di mana terdapat perubahan spatial dalam jenis kekonduksian (daripada elektronik n-kawasan ke lubang p-regions). Oleh kerana kepekatan lubang di kawasan p peralihan lubang elektron adalah jauh lebih tinggi daripada di kawasan n, lubang dari kawasan n cenderung meresap ke kawasan elektronik. Elektron meresap ke dalam kawasan p.
Untuk mencipta kekonduksian jenis n atau p dalam semikonduktor asal (biasanya germanium atau silikon 4-valent), masing-masing atom kekotoran 5-valent atau 3-valent ditambahkan kepadanya (fosforus, arsenik atau aluminium, indium, dsb. )
Atom kekotoran 5-valent (penderma) dengan mudah mendermakan satu elektron kepada jalur pengaliran, mewujudkan lebihan elektron dalam semikonduktor yang tidak terlibat dalam pembentukan ikatan kovalen; konduktor memperoleh kekonduksian jenis-n. Pengenalan kekotoran 3-valent (penerima) membawa kepada fakta bahawa yang terakhir, mengambil satu elektron daripada atom semikonduktor untuk mencipta yang hilang. ikatan kovalen, memberikannya kekonduksian jenis p, kerana lubang terbentuk dalam kes ini (kosong tahap tenaga dalam jalur valens) berkelakuan elektrik atau medan magnet sebagai pembawa cas positif. Lubang dalam semikonduktor jenis-p dan elektron dalam semikonduktor jenis-n dipanggil pembawa majoriti berbeza dengan pembawa minoriti (elektron dalam semikonduktor jenis-p dan lubang dalam semikonduktor jenis-n), yang dihasilkan disebabkan oleh getaran haba atom dalam kekisi kristal.
Jika semikonduktor dengan jenis yang berbeza kekonduksian membawa kepada sentuhan (sentuhan dicipta secara teknologi, tetapi tidak secara mekanikal), maka elektron dalam semikonduktor jenis-n mendapat peluang untuk menduduki tahap bebas dalam jalur valens semikonduktor jenis-p. akan berlaku penggabungan semula elektron dengan lubang berhampiran antara muka pelbagai jenis semikonduktor.
Proses ini adalah serupa dengan resapan elektron bebas daripada semikonduktor jenis-n kepada semikonduktor jenis-p dan resapan lubang ke dalam arah bertentangan. Hasil daripada pemergian pembawa caj utama, lapisan pembawa mudah alih yang berkurangan dicipta pada antara muka jenis semikonduktor yang berbeza, di mana ion positif akan terletak di kawasan-n. penderma atom; dan di kawasan p - ion negatif penerima atom. Lapisan ini, kehabisan pembawa mudah alih dan meluas kepada pecahan mikron, adalah peralihan lubang elektron.
Penghalang berpotensi di persimpangan pn.
Jika anda memohon kepada semikonduktor voltan elektrik, kemudian bergantung kepada kekutuban voltan ini, simpang p-n mempamerkan sifat yang berbeza sama sekali.
Sifat simpang p-n apabila disambungkan secara terus.
Sifat-sifat simpang p-n semasa pensuisan terbalik.
Jadi, dengan tahap penghampiran tertentu, kita boleh mengandaikan bahawa arus elektrik mengalir melalui persimpangan p-n jika kekutuban voltan sumber kuasa adalah lurus, dan, sebaliknya, tiada arus apabila kekutuban diterbalikkan.
Walau bagaimanapun, sebagai tambahan kepada pergantungan arus yang terhasil pada tenaga luaran, sebagai contoh, sumber kuasa atau foton cahaya, yang digunakan dalam beberapa peranti semikonduktor, terdapat penjanaan haba. Dalam kes ini, kepekatan pembawa cas intrinsik berkurangan secara mendadak, dan oleh itu saya OBR Juga, jika simpang itu terdedah kepada tenaga luar, maka sepasang muncul caj percuma: elektron – lubang. Mana-mana pembawa caj yang dilahirkan di kawasan caj angkasahlm–n peralihan, akan diambil medan elektrik E VN dan dikeluarkan: elektron – dalamn– kawasan, lubang – dalam hlm– wilayah. Arus elektrik timbul, yang berkadar dengan lebar kawasan cas ruang. Ini disebabkan oleh fakta bahawa semakin banyak E VN , semakin luas kawasan yang terdapat medan elektrik di mana penciptaan dan pengasingan pembawa cas berlaku. Seperti yang dinyatakan di atas, kadar penjanaan pembawa cas dalam semikonduktor bergantung kepada kepekatan dan kedudukan tenaga kekotoran dalam yang wujud dalam bahan.
Atas sebab yang sama, suhu operasi maksimum semikonduktor adalah lebih tinggi. Untuk germanium ialah 80º C, silikon: 150º C, galium arsenide: 250º C (D E= 1.4 eV). Pada suhu yang lebih tinggi, bilangan pembawa cas meningkat, rintangan kristal berkurangan, dan semikonduktor dimusnahkan secara terma.
Ciri voltan arus bagi simpang p-n.
Ciri-ciri volt-ampere (ciri voltan-volt) ialah pergantungan grafik aliran melalui persimpangan р-n arus daripada voltan luaran yang dikenakan padanya I=f(U) . Ciri voltan semasa simpang р-n untuk sambungan terus dan terbalik diberikan di bawah.
Ia terdiri daripada lurus(0-A) dan terbalik(0-B-C) cawangan; pada paksi menegak nilai tertunda arus hadapan dan arus balik
, dan pada paksi absis adalah nilai voltan hadapan dan belakang
.
Voltan daripada sumber luaran digunakan pada kristal dengan r-p peralihan, memfokuskan hampir keseluruhannya pada peralihan kehabisan pembawa. Bergantung pada kekutuban, dua pilihan pensuisan adalah mungkin Voltan DC - langsung dan terbalik.
Pada langsung apabila dihidupkan (Rajah di sebelah kanan - atas), medan elektrik luaran diarahkan ke arah dalaman dan sebahagian atau sepenuhnya melemahkannya, mengurangkan ketinggian halangan berpotensi ( Rpr ). Pada terbalik apabila dihidupkan (rajah kanan - bawah), medan elektrik bertepatan dengan arah medan r-p peralihan dan membawa kepada peningkatan dalam halangan berpotensi ( Rrev ).
Ciri voltan semasa simpang p-n diterangkan oleh fungsi analisis:
di mana
U - voltan luaran tanda yang sepadan digunakan pada peralihan;
Iо = Iт - terbalik (terma) p-p semasa peralihan;
- potensi suhu, di mana k - Pemalar Boltzmann, q- caj asas(pada T = 300K, 0.26 V).
Pada voltan hadapan ( U>0
) - istilah eksponen meningkat dengan cepat [ 
], unit dalam kurungan boleh diabaikan dan dipertimbangkan . Dengan voltan terbalik ( U<0
) istilah eksponen cenderung kepada sifar, dan arus melalui simpang hampir sama dengan arus terbalik; Ip-n = -Io
.
Volt-ampere ciri p-n-simpang menunjukkan bahawa walaupun pada voltan hadapan yang agak kecil, rintangan simpang menurun, dan arus hadapan meningkat dengan mendadak.
Pecahan simpang p–n.
Terobosan dipanggil perubahan mendadak dalam mod operasi persimpangan di bawah voltan terbalik.
Ciri ciri perubahan ini ialah penurunan mendadak rintangan peralihan pembezaan (Rdiff
). Bahagian yang sepadan bagi ciri voltan semasa ditunjukkan dalam rajah di sebelah kanan (cawangan terbalik). Selepas kerosakan bermula, sedikit peningkatan dalam voltan terbalik disertai dengan peningkatan mendadak dalam arus terbalik. Semasa proses kerosakan, arus boleh meningkat dengan voltan terbalik malar dan malah menurun (dalam nilai mutlak) (dalam kes kedua, rintangan pembezaan Rdiff
ternyata negatif).
Kerosakan berlaku runtuhan salji, terowong, haba. Kedua-dua kerosakan terowong dan runtuhan salji biasanya dipanggil kerosakan elektrik.
Yang paling penting ialah hubungan semikonduktor dengan jenis kekonduksian yang berbeza, yang dipanggil persimpangan p-n. Atas dasar mereka, diod semikonduktor, pengesan, unsur termo, dan transistor dicipta.
Rajah 41 menunjukkan litar simpang pn.
Pada antara muka semikonduktor jenis p-n, apa yang dipanggil "lapisan penyekat" terbentuk, yang mempunyai beberapa sifat yang luar biasa yang telah memastikan penggunaan persimpangan p-n secara meluas dalam elektronik.
Oleh kerana kepekatan elektron bebas dalam semikonduktor jenis-n adalah sangat tinggi, dan dalam semikonduktor jenis-p ia berkali-kali lebih rendah, resapan elektron bebas dari kawasan n ke rantau p berlaku di sempadan.
Perkara yang sama boleh dikatakan mengenai lubang; mereka meresap songsang dari p ke n.
Oleh kerana itu, penggabungan semula sengit pasangan lubang elektron berlaku di kawasan sempadan (dalam "lapisan penyekat"), lapisan penyekat habis pembawa semasa, dan rintangannya meningkat dengan mendadak.
Hasil daripada resapan, satu cas isipadu positif di kawasan n dan satu cas isipadu negatif di kawasan p terbentuk pada kedua-dua belah sempadan.
Oleh itu, dalam lapisan penyekat medan elektrik timbul dengan keamatan , garis medan yang diarahkan dari n ke p, dan dengan itu beza potensi sentuhan 
, di mana dk ialah ketebalan lapisan penghalang. Rajah 37 menunjukkan graf taburan potensi dalam simpang pn.
Potensi sempadan kawasan p dan n diambil sebagai potensi sifar.
Perlu diingatkan bahawa ketebalan lapisan penghalang adalah sangat kecil dan dalam Rajah. 42 skalanya sangat herot untuk kejelasan.
Semakin besar kepekatan pembawa utama, semakin besar potensi sentuhan; dalam kes ini, ketebalan lapisan penghalang berkurangan. Contohnya, untuk germanium pada kepekatan purata atom bendasing.
Uk = 0.3 – 0.4 (V)
dk = 10 -6 – 10 -7 (m)
Medan elektrik sentuhan menghalang resapan elektron dari n ke p dan lubang dari p ke n, dan dengan cepat keseimbangan dinamik diwujudkan dalam lapisan penyekat antara elektron dan lubang yang bergerak disebabkan oleh resapan (arus resapan) dan pergerakannya di bawah pengaruh medan elektrik sentuhan dalam arah yang bertentangan (arus hanyut atau arus pengaliran).
Dalam keadaan mantap, arus resapan adalah sama dan bertentangan dengan arus pengaliran, dan oleh kerana kedua-dua elektron dan lubang mengambil bahagian dalam arus ini, jumlah arus melalui lapisan penyekat adalah sifar.
Rajah 43 menunjukkan graf taburan tenaga elektron bebas dan lubang dalam simpang p-n.
Graf menunjukkan bahawa elektron dari kawasan n perlu mengatasi halangan berpotensi tinggi untuk masuk ke kawasan p. Akibatnya, ia boleh diakses oleh sangat sedikit daripada mereka, yang paling bertenaga.
Pada masa yang sama, elektron dari kawasan p bebas masuk ke kawasan n, didorong ke sana oleh medan sentuhan (gulung ke dalam "lubang").
Tetapi dalam kawasan-n kepekatan elektron bebas boleh diabaikan dan dalam keadaan mantap bilangan elektron yang kecil dan sama bergerak merentasi sempadan dalam arah yang bertentangan.
Penaakulan yang sama boleh dibuat tentang pergerakan lubang merentasi sempadan persimpangan pn. Akibatnya, jika tiada medan elektrik luaran, jumlah arus melalui lapisan penyekat adalah sifar.
Kami menyambungkan kutub positif sumber semasa kepada semikonduktor p-jenis persimpangan p-n, dan kutub negatif kepada semikonduktor jenis-n, seperti yang ditunjukkan dalam Rajah 44.
Kemudian medan elektrik dalam reka bentuk ini, diarahkan daripada semikonduktor jenis-p ke semikonduktor jenis-n, menggalakkan pergerakan arah lubang dan elektron melalui lapisan penyekat, yang membawa kepada pengayaan lapisan penyekat dengan pembawa arus majoriti dan, akibatnya, kepada penurunan rintangannya. Arus resapan dengan ketara melebihi arus pengaliran, kedua-dua yang dihasilkan oleh elektron dan lubang. Arus elektrik mengalir melalui persimpangan pn disebabkan oleh pergerakan berarah pembawa majoriti.
Dalam kes ini, nilai potensi sentuhan (penghalang berpotensi) menurun secara mendadak, kerana medan luaran diarahkan bertentangan dengan kenalan. Ini bermakna untuk mencipta arus, cukup untuk menyambungkan voltan luaran hanya beberapa persepuluh satu volt ke persimpangan pn.
Arus yang timbul di sini dipanggil arus terus. Dalam semikonduktor jenis-p, arus hadapan mewakili pergerakan lubang yang diarahkan ke arah medan luar, dan dalam semikonduktor jenis-n, elektron bebas dalam arah yang bertentangan. Hanya elektron yang bergerak dalam wayar luar (logam). Mereka bergerak ke arah dari tolak sumber dan mengimbangi kehilangan elektron yang keluar melalui lapisan penyekat ke kawasan p. Dan dari elektron p melalui logam ke + sumber. Ke arah elektron, "lubang" dari kawasan-p bergerak melalui lapisan penyekat ke kawasan-n.
Taburan potensi dalam kes ini ditunjukkan dalam Rajah 45a
Garis putus-putus menunjukkan taburan potensi dalam simpang pn jika tiada medan elektrik luaran. Perubahan potensi di luar lapisan penyekat adalah diabaikan.
Dalam Rajah. Rajah 45b menunjukkan taburan elektron dan lubang di bawah keadaan arus terus.
Daripada Rajah 40b adalah jelas bahawa halangan berpotensi telah menurun secara mendadak, dan mudah bagi pembawa arus utama, elektron dan lubang, untuk menembusi lapisan penghalang ke kawasan yang "asing" bagi mereka.
Sekarang mari kita sambungkan kutub positif kepada semikonduktor jenis-n, dan kutub negatif kepada jenis-p. Di bawah pengaruh sedemikian terbalik voltan melalui simpang p-n yang dipanggil arus terbalik.
Dalam kes ini, kekuatan medan elektrik dan sentuhan luaran diarahkan bersama, oleh itu, kekuatan medan yang terhasil meningkat dan halangan berpotensi meningkat, yang menjadi hampir tidak dapat diatasi untuk penembusan pembawa majoriti melalui lapisan penyekat, dan penyebaran arus berhenti. Medan luaran cenderung untuk memacu lubang dan elektron dari satu sama lain, dan lebar lapisan penyekat dan rintangannya meningkat. Hanya arus pengaliran, iaitu, arus yang disebabkan oleh pergerakan arah pembawa minoriti, melalui lapisan penghalang. Tetapi oleh kerana kepekatan pembawa minoriti adalah lebih kurang daripada majoriti, arus songsang ini adalah lebih kurang daripada arus hadapan.
Rajah 45c menunjukkan taburan potensi dalam simpang pn dalam kes arus songsang.
Sifat luar biasa bagi simpang pn ialah kekonduksian sehalanya.
Apabila medan luaran diarahkan terus dari p ke n, arusnya besar dan rintangannya kecil.
Dalam arah yang bertentangan, arusnya kecil dan rintangannya besar.