§ 37-1. Электронно-дырочный переход. Полупроводниковый диод
Полупроводниковый диод. Свойство односторонней проводимости n–p-перехода используют в полупроводниковых приборах, называемых диодами. Для получения n–p-перехода берут, например, кристалл германия с донорной примесью. Такой кристалл обладает электронной проводимостью (или проводимостью n-типа). Если в одну из поверхностей кристалла германия вплавить индий, то вследствие диффузии атомов индия в поверхностном слое германия образуется область с проводимостью p-типа. Та часть кристалла, в которую атомы индия не проникли, по-прежнему имеет проводимость n-типа. Между двумя областями с проводимостями разных типов возникает n–p-переход (рис. 227.3, а). В полупроводниковом диоде германий служит катодом, а индий — анодом. Схематическое обозначение диода представлено на рисунке 227.3, б.
Для защиты от внешних воздействий кристалл германия помещают в герметичный металлический или стеклянный корпус (рис. 227.3, в).
У полупроводниковых диодов высокий коэффициент полезного действия, они долговечны и миниатюрны по размерам. К недостаткам полупроводниковых диодов относится то, что они могут работать в ограниченном интервале температур (от ‒70 ºС до 125 ºС).
Полупроводниковые диоды являются основными элементами выпрямителей переменного тока и детекторов электромагнитных сигналов. С помощью полупроводниковых диодов можно осуществить непосредственное превращение энергии электромагнитного излучения в электрическую энергию. Такие диоды называют фотодиодами (см. рис. 224).
Если к выходам фотодиода подключить, например, резистор, то в электрической цепи проходит электрический ток, возникающий в результате диффузии через n–p-переход неосновных носителей электрического заряда, которые образуются под действием излучения, падающего на фотодиод. Причём сила электрического тока, проходящего через фотодиод, линейно зависит от интенсивности падающего на него света. В данном режиме фотодиод работает как источник тока (солнечная батарея). Если фотодиод включён в обратном направлении, то он работает как фоторезистор и его можно использовать для управления током в электрической цепи. Фотодиоды применяют в измерительной технике, системах автоматики.
Светоизлучающий диод (светодиод) — это полупроводниковый прибор, преобразующий электрическую энергию непосредственно в световое излучение. Он представляет собой миниатюрный полупроводниковый диод, помещённый в прозрачный корпус (см. рис. 225). Используя светодиоды, изготавливают, например, светодиодные светильники (см. рис. 226).
1. Объясните, как образуется n–p-переход.
2. Можно ли получить n–p-переход вплавлением олова в германий? Почему?
3. Определите тип проводимости полупроводников I и II (рис. 227.4), если диод включён в обратном (запирающем) направлении.
4. На рисунках 227.5, а и б изображены n–p-переходы двух диодов и направления движения основных носителей электрических зарядов. Определите, через какой из диодов проходит электрический ток. Почему?
