|
|
электроника. Электроника. Электроника
Электроника - Электроника — наука о взаимодействии заряженных частиц с электромагнитными полями и методах создания электронных приборов и устройств, работа которых основана на прохождении электрического тока в твердом теле, вакууме и газах.
Электронные приборы - полупроводниковые электронно-вакуумные газоразрядные
Газоразрядные лампы К газоразрядным лампам относится большая группа приборов, работающих при дуговом разряде в газе. Наиболее распространены люминесцентные лампы, которые выполняются в виде стеклянных трубок различной конфигурации. В торцах трубки размещены два накаливаемых вольфрамовых электрода 1 и 2 с активным покрытием. Электроды присоединены к токоподводящим штырям 3, В баллон (трубку) введен инертный газ и дозированная капля ртути, а стенки с внутренней стороны покрыты люминофором. Лампу включают в осветительную сеть последовательно с балластным сопротивлением в виде дросселя Др; к другим штырям лампы (параллельно ей) присоединен стартер Ст. Дроссель—индуктивная катушка со стальным магнитопроводом — обладает способностью резко увеличивать напряжение при разрыве цепи с током. Стартером является неоновая лампа, один из электродов которой выполнен биметаллическим. После включения выключателя К она светится некоторое время, из-за чего биметаллический электрод нагревается и срабатывает, замыкая цепь электродов 1 и 2, что обеспечивает их разогрев. Биметаллический электрод остывает. При остывании биметаллического электрода он размыкается, за счет дросселя в лампе возникает разряд, Пар ртути ионизируется, и лампа заполняется плазмой. Ее ультрафиолетовое излучение взаимодействует со слоем люминофора на стенках, который испускает видимое излучение. Электропроводность полупроводников - Полупроводники объединяют обширный класс материалов, удельное сопротивление которых (108 – 10-6 Ом • м) лежит в интервале между сопротивлениями проводников и диэлектриков.
Запрещенная
зона
Запрещенная
зона
- В полупроводниках концентрация свободных электронов зависит от температуры, освещения и ионизирующего излучения.
- К полупроводникам относятся кремний, германий, селен, индий, ряд химических соединений элементов III группы периодической системы с элементами V группы, некоторые органические соединения.
- Наибольшее применение нашли кремний Si и германий Ge.
- В электронной структуре идеального кристалла кремния каждый из четырех валентных электронов образует связанную пару (ковалентную связь) с такими же валентными электронами четырех соединений атомов.
- Валентные электроны (по четыре на каждый атом) образуют внешние орбиты так, что каждый из электронов принадлежит сразу двум соседним атомам.
- Если на атомы полупроводника не действуют внешние источники энергии, способные нарушить его электронную структуру, то все атомы электрически нейтральны.
- Такой идеальный кристалл не проводит электрический ток.
Собственная проводимость С повышением температуры (или других внешних факторов) ковалентные связи разрушаются и некоторые валентные электроны отрываются от своих атомов и становятся свободными электронами. При обрыве ковалентной связи нарушается электрическая нейтральность двух соседних атомов, которые приобретают при этом элементарный положительный заряд, условно называемый дыркой. - Энергия, необходимая для переброски электрона в зону проводимости, (энергия активации) должна быть не меньше, чем ширина запрещенной зоны.
- Генерация – процесс разрыва одной валентной связи в электрически нейтральном атоме кремния, который эквивалентен рождению пары «электрон – дырка». Одновременно протекает и обратный процесс — рекомбинация, т.е. восстановление валентной связи при встрече электрона и дырки.
- Такая проводимость полупроводников называется собственной.
Примесная проводимость - При добавлении в кристалл примесей других химических элементов проводимость меняется.
- В качестве примесей применяются обычно элементы либо из V (сурьма Sb, фосфор Р), либо из III (галлий Ga, индий In) группы Периодической системы.
- При наличии лишних электронов примеси полупроводник называется полупроводником с электронной электрической проводимостью, или полупроводником
n-типа, а соответствующая примесь — донорной. - Если в примеси недостаток электронов в кристалле образуется дырка. Такой полупроводник называется полупроводником с дырочной электрической проводимостью, или полупроводником
p-типа, а соответствующая примесь — акцепторной. Электрический ток в полупроводниках - Если с помощью внешнего источника электрической энергии создать в одном полупроводниковом стержне электрическое поле напряженностью ε, то возникнет упорядоченное движение (дрейф) электронов и дырок в противоположных направлениях, т.е. электрический ток, называемый токам проводимости:
- In и Ip — электронная и дырочная составляющие тока.
- За время свободного пробега среднего расстояния lсрмежду атомами полупроводника подвижные носители зарядов приобретают кинетическую энергию
- Этой энергии при напряженности электрического поля ε>6 МВ/м достаточно для ударного возбуждения атомов полупроводника, т.е. разрыва в них валентных связей и рождения пары «электрон —дырка».
- Лавинный пробой - резкое увеличение числа подвижных носителей заряда и удельной проводимости полупроводника. Лавинный пробой обратим. Свойства полупроводника восстанавливаются при уменьшении напряженности электрического поля.
- Тепловой пробой - наступает за лавинным пробоем при дальнейшем увеличении напряженности электрического поля и вызывает разрушение полупроводника.
Электронно-дырочный (p-n) переход - тонкий приконтактный слой между двумя частями полупроводникового кристалла, одна из которых обладает электронной (n-типа), а другая - дырочной (р-типа) электропроводностью. Уход основных носителей заряда из слоев вблизи границы в соседнюю область оставляет в этих слоях неподвижный объемный заряд ионизированных атомов примеси. В приконтактных слоях р- и n-областей возникает пространственный заряд. Его называют запирающим слоем (ЗС) . - В результате образования по обе стороны границы между р- и n- областями зарядов противоположных знаков в р-n переходе создается внутреннее электрическое поле, препятствующее дальнейшей диффузии зарядов. На границе возникает разность потенциалов, которую называют потенциальным барьером.
- При прямом включении дырочная часть (р-область) полупроводника присоединяется к положительному зажиму внешнего источника, а электронная часть (n-областъ) - к отрицательному.
- Внешнее электрическое поле направлено навстречу внутреннему и частично или полностью ослабляет его, снижает высоту потенциального барьера, уменьшает толщину перехода. Основные носители заряда перемещаются к границе перехода и переходят через границу в противоположную область, создавая диффузионный прямой ток.
Обратное включение электронно-дырочного перехода Обратное внешнее напряжение (р-область присоединяется к отрицательному, а n-область- к положительному выводу источника) создает электрическое поле, совпадающее с внутренним полем р-n перехода; потенциальный барьер возрастает, прямой ток практически обращается в нуль. Обратный ток – небольшой ток, который протекает через р-n переход при его обратном включении, обусловленный неосновными носителями зарядов. |
|
|
Скачать 1.27 Mb.