Юбразевалась ( в ) дырка -

Дырпа заполнилась i <з

Рис. 4 2. Процесс «миграции» дырки.

Полупроводники п-типа получают путем добавления примеси, обладающей способностью отдавать свободные электроны кристаллической решетке чистого полупроводника.

Как показано на рис. 4.1, а, кристаллическая решетка образована четырехвалентными атомами полупроводника, связанными между собой ковалентными связями. Для того чтобы получить свободный электрон, необходимый полупроводнику п-типа, введем небольшое количество пятивалентной примеси (рис. 4.1,6). В качестве примеси можно взять, например, сурьму. Примеси требуется очень немного - порядка одной части на 100 000 000 частей полупроводника.

Атомы примеси также образуют ковалентные связи с четырехвалентными атомами кристаллической решетки. При этом, однако, на каждый атом примеси высвобождается один электрон, и если к кристаллу приложить некоторое напряжение, то возникнет электрический ток.

Запомните: в полупроводнике п-типа ток создается движением электронов.

Довольно просто мысленно представить себе, что такое ток в кристалле полупроводника п-типа, зато с проводимостью р-типа у многих студентов возникают затруднения. Я подозреваю, что причина непонимания кроется в том, что некоторые авторы имеют склонность запутывать предмет больше, чем следует.

В силу некоторых причин проводимость р-типа называется дырочной. Дырка - это место в кристаллической решетке, где должен бы находиться электрон, но где его нет, - коротко и ясно. Графическое толкование этого явления дано на рис. 4.1, е. Трехвалентный атом примеси (например, галлия) образует ковалентные связи с четырехвалентными атомами полупроводника. Когда трехвалентный атом занимает свое место в правильной структуре решетки, по соседству с ним оказывается четырехвалентный атом, который не может образовать связь. Это

объясняется тем, что другие атомы полупроводника уже образовали связи со всеми тремя электронами атома примеси. То место, где должен бы находиться электрон, если бы валентность примеси также была равна четырем, и есть дырка.

Как же дырка может переносить электрический ток? В конце концов, это всего лишь место! Я думаю, что вы никогда не зададите такого вопроса - дырки на самом деле не переносят ток, создается просто впечатление такого тока: время от времени дырку заполняет электрон, но при этом где-то в другом месте снова образуется дырка.

Обратимся к рис. 4.2. Допустим, вначале дырку имел атом Л. Под действием приложенного электрического поля (например, напряжения) высвобождается электрон у атома В. Электрическое поле заставляет электрон перемещаться по направлению к точке, где его может захватить атом А. При этом дырка у атома А заполнится, но возникнет новая у атома В.

Хотя на самом деле перемещался электрон, возникло впечатление, что от Л к 5 переместилась дырка. Дырки можно рассматривать как положительно заряженные частицы, имеющие такие же размеры, как электроны. Это не более чем простое соглашение, но в большинстве случаев им удобно пользоваться, поэтому рекомендую вам его принять.

р-«-переходы

Если взять полупроводник р-типа и полупроводник п-типа и соединить их друг с другом, то получим диод. Простейший пример диода приведен на рис. 4.3. Не подумайте, пожалуйста.

Обедненная гона

Рис, 4.3. р-л-переход, смещенный в обратном направлении (а); р-л-переход, смещенный в прямом направлении (б).

•что изготовители полупроводниковых приборов на самом деле, задумав сделать диод, берут два куска полупроводникового материала, р-типа и п-типа, и, недолго думая, лепят один на другой. Правда, история говорит нам, что изобретатели транзисторов вынуждены были действовать примерно так!

Если батарея подключена так, как показано на рис. 4.3, а, то со стороны п-области будет находиться вывод (+), а со стороны р-области - вывод (-). Отрицательные заряды полупроводника п-типа устремляются к положительному выводу батареи, а положительные заряды (т. е. дырки) - к отрицательному выводу. При этом в области р-п-перехода образуется широкая зона, где нет носителей тока. Она называется обедненной зоной. Ток через переход обычно создают электроны и дырки, которые соединяются и нейтрализуют друг друга. Если обедненная зона становится широкой, этот процесс прекращается, а значит прекращается и ток через переход. Говорят, что такой р-п-переход смещен в обратном направлении.

На рис. 4.3, б показан р-п-переход, смещенный в прямом направлении. В этом случае отрицательный вывод батареи подключен к полупроводнику п-типа, а положительный - к полупроводнику р-типа.

Здесь выводы батареи отталкивают соответствующие заряды, и они накапливаются в области перехода. Мы видим, что ток через переход значительно возрастает, так как во взаимодействие приходит большое количество электронов и дырок. Батарея инжектирует в область п-типа новые электроны, а другой ее вывод создает новые дырки.

Элементарный транзистор

На рис. 4.4 показаны условные обозначения двух основных типов транзисторов: п-р-п и р-п-р. Оба типа состоят из двух р-п-переходов. На рис. 4.4, а мы видим п-р-«-транзистор, который состоит из р-области, заключенной между двумя п-областями. р-п-р-Транзистор, как раз наоборот, состоит из п-области, заключенной между двумя р-областями. Эти транзисторы в основном одинаковы, за исключением того, что источники питания у них включаются наоборот.

Отметим, что полярность источников питания для этих двух типов транзисторов противоположна. Это прямо вытекает из противоположного характера двух соответствующих типов. В п-р-п-транзисторе коллектор положителен как относительно базы, так и относительно эмиттера, а база имеет небольшой положительный потенциал относительно эмиттера.

В транзисторе р-п-р-типа, изображенном на рис. 4.4, б, коллектор более отрицателен, чем база и эмиттер, а база имеет немного более отрицательный потенциал, чем эмиттер.