Введение в электронику

Скачать книгу Введение в электронику

Общие сведения о полупроводниках

Принцип действия диодов, транзисторов и других так называемых активных компонентов основан на свойствах полупроводниковых материалов. В электронике традиционно использовались два класса  материалов - изоляторы и проводники. Первые оказывают сильное сопротивление прохождению через них электрического тока, через вторые он протекает практически беспрепятственно. Промежуточным вариантом являются полупроводниковые материалы, или полупроводники, по свойствам аналогичные изоляторам, но способные при особых условиях пропускать электрический ток.

На сегодняшний день самым распространенным полупроводником является кремний, базовый материал для изготовления современных диодов и транзисторов. В чистом виде кремний не обладает большой проводимостью. Действительно, атом кремния имеет ядро с положительным зарядом, равным 14, который компенсируется отрицательными зарядами четырнадцати электронов, вращающихся вокруг ядра. Они распределены по трем периферийным слоям

Свойства кремния определяют четыре валентных электрона, расположенные в последнем слое; другие электроны слишком тесно связаны с ядром, чтобы иметь какое-нибудь значение.

Проводимость может изменяться в широких пределах за счет добавления незначительного количества примесей (мышьяка, бора или индия). Это «внедрение» нарушает архитектуру атомов, образующих кристалл. При обычной температуре кремний (как и любой другой полупроводник) располагает незначительным количеством свободных электронов. Атомы примесей бывают двух видов: одни, имеющие избыток электронов, способны отдавать их атомам кремния, другие отбирают электроны у атомов кремния, образуя при этом пробелы в структуре атома, так называемые дырки. И дополнительные свободные электроны, и дырки способны передвигаться внутри кристалла. Их перемещения и создают электрический ток.

Характер проводимости и сопротивление, таким образом, зависят от свойств примесей. В связи с этим различают две категории полупроводников - кремний типа п, или отрицательный, потому что он обладает избыточным числом электронов, и кремний типа р, или положительный, поскольку он не имеет их в достаточном количестве (избыток дырок)*. Первый может быть получен добавлением примесей мышьяка, второй - примесей бора или индия. Эта технология обычно называется введением допинга, или стимулированием.

Таким образом, можно сделать вывод, что чистый кремний содержит большое число электронов и дырок. Однако они остаются тесно связанными с атомами, что и предопределяет плохую проводимость кремния.

Если ввести в кремний, например, фосфор, некоторое число электронов сможет легко перемещаться. С введением в кремний бора, в свою очередь, будут легко перемещаться дырки (эквивалентные положительным зарядам).

Следовательно, кремний, стимулированный фосфором, - это кремний типа п, так как при этом смогут перемещаться отрицательные электроны. Кремний, стимулированный бором, называется кремнием типа р, поскольку тогда смогут перемещаться положительные заряды.