Характеристика напівпровідників. Основні визначення

Біполярні та польові транзистори

Львів – 2008

Біполярні та польові транзистори. Методичні вказівки до виконання лабораторної роботи № 11 та самостійного вивчення теми з дисципліни «Промислова електроніка та перетворювальна техніка» для студентів базового напряму 050701 “Електротехніка та електротехнології” /Укл. П. П. Климук, М. Й. Олійник, В. Г. Федишин, Є. К. Фролов. – Львів: Видавництво Національного університету «Львівська політехніка», 2008. – 24 с.

Укладачі: : Климук П.П., канд. техн. наук, доц.

Олійник М.Й., канд. техн. наук, доц.

Федишин В.Г., канд. техн. наук, доц.

Фролов Є.К., ст. викладач.

Відповідальний за випуск А. А. Маліновський, докт. техн. наук, професор

Рецензенти: П. Ф. Гоголюк, канд. техн. наук, доц.

В. Г. Турковський, канд. техн. наук, доц.

Мета роботи – вивчити будову та принцип роботи біполярних і уніполярних напівпровідникових транзисторів, а також дослідити їх вхідні та вихідні вольтамперні характеристики і розрахувати h – параметри біполярного транзистора.

За електропровідністю тверді тіла поділяють на провідники, діелектрики

та напівпровідники. Найпоширенішими елементами, які мають властивості напівпровідників, є елементи четвертої групи Періодичної системи елементів.

Напівпровідникові прилади (діоди, транзистори, тиристори тощо) виготовляють переважно з германію або кремнію. У хімічно чистих кристалах ці елементи мають лише власну провідність, бо кількість електронів і дірок, що є носіями відповідно негативних (n) і позитивних (p) зарядів, є однаковою. Щоб отримати напівпровідник з переважаючою n- або p-провідністю, у кристали напівпровідникового матеріалу вносять домішки.

Якщо домішкою є елемент п’ятої групи Періодичної системи (арсеній, сурма), то напівпровідник матиме провідність n-типу (така домішка називається донорною), а якщо домішкою є елемент третьої групи (алюміній, індій), то напівпровідник матиме провідність p-типу (така домішка називається акцепторною). Принагідно зауважимо, що у напівпровіднику n-типу основними носіями вільних зарядів є електрони, в той же час він володіє і провідністю p-типу. Однак концентрація основних зарядів (електронів) на порядок вища концентрації неосновних зарядів (дірок). Відповідно у напівпровіднику p-типу основними носіями вільних зарядів є дірки, в той же час він володіє незначною провідністю n-типу.

Якщо з’єднати два напівпровідники з дірковою p- і електронною n- провідністю, то через місце їх з’єднання здійснюється дифузія електронів з n-шару в p-шар та дірок у протилежному напрямі. На межі з’єднання виникає збіднений напівпровідниковий шар, де пройшла рекомбінація зарядів. З обох боків цього межового шару електронно-діркового переходу утворюються нескомпенсовані просторові заряди. Ці заряди створюють електричне поле, яке протидіє подальшій дифузії вільних носіїв зарядів. Внутрішня різниця потенціалів, яка виникла на межевому шарі, називається потенціальним бар’єром.

Якщо до утвореної напівпровідникової структури прикласти зовнішню напругу так, щоб до p-шару був поданий додатний ”+“ потенціал, а до n-шару – від’ємний ”-“ потенціал, то ширина межевого шару і величина потенціального бар’єру зменшаться, бо полярність зовнішньої напруги буде протилежна за знаком до внутрішньої різниці потенціалів. Внаслідок цього збільшиться дифузія носіїв зарядів, тобто збільшиться струм через p-n-перехід. Така полярність зовнішньої напруги називається прямою.

Якщо полярність зовнішньої змінити на протилежну (”+“ до n-шару, а ”-“ до p-шару), то внаслідок узгодженого напряму внутрішньої і зовнішньої різниці потенціалів ширина межевого шару і значення результуючого потенціального бар’єру збільшаться. В результаті цього рух основних носіїв зарядів через p-n-перехід припиниться, а отже, струм істотно зменшиться і буде визначатися тільки рухом неосновних носіїв зарядів, для яких електричне поле потенціального бар’єру не є гальмівним. Така напруга зовнішнього джерела називається зворотною.Явище залежності провідності p-n-переходу від полярності зовнішнього джерела напруги визначає нелінійний характер його вольтамперної характеристики.

Розглянута двошарова p-n-структура відповідає будові напівпровідникового діода.