مقاومت های نیمه هادی ورق تقلب: دیودها و ترانزیستورهای نیمه هادی، حوزه های کاربرد آنها دانشگاه دولتی معدن مسکو

آماده شده

دانش آموز کلاس 10 "الف"

مدرسه شماره 610

ایوچین الکسی

چکیده با موضوع:

"دیودها و ترانزیستورهای نیمه هادی، حوزه های کاربرد آنها"

1. نیمه هادی ها: نظریه و خواص

2. دستگاه های نیمه هادی اولیه (ساختار و کاربرد)

3. انواع دستگاه های نیمه هادی

4. تولید

5. دامنه کاربرد

1. نیمه هادی ها: نظریه و خواص

ابتدا باید با مکانیسم هدایت در نیمه هادی ها آشنا شوید. و برای انجام این کار، باید ماهیت پیوندهایی را که اتم های یک کریستال نیمه هادی را نزدیک یکدیگر نگه می دارند، درک کنید. به عنوان مثال، یک کریستال سیلیکون را در نظر بگیرید.

سیلیکون یک عنصر چهار ظرفیتی است. این بدان معنی است که در خارجی

پوسته یک اتم دارای چهار الکترون است که نسبتاً ضعیف هستند

با یک هسته تعداد نزدیکترین همسایگان هر اتم سیلیکون نیز برابر است

چهار برهم کنش یک جفت اتم همسایه با استفاده از آن انجام می شود

پیوند پایونوالکترونیکی به نام پیوند کووالانسی. در آموزش

این پیوند از هر اتم شامل یک الکترون ظرفیتی است.

که از اتم ها جدا می شوند (توسط کریستال جمع می شوند) و چه زمانی

در حرکت خود بیشتر وقت خود را در فاصله بین آنها می گذرانند

اتم های همسایه بار منفی آنها یون های سیلیکون مثبت را نزدیک یکدیگر نگه می دارد. هر اتم با همسایگان خود چهار پیوند تشکیل می دهد،

و هر الکترون ظرفیتی می تواند در امتداد یکی از آنها حرکت کند. پس از رسیدن به یک اتم همسایه، می تواند به اتم بعدی و سپس در امتداد کل کریستال حرکت کند.

الکترون های ظرفیت به کل کریستال تعلق دارند. پیوندهای جفت الکترونی سیلیکون کاملاً قوی هستند و در دماهای پایین شکسته نمی شوند. بنابراین، سیلیکون در دماهای پایین، جریان الکتریکی را هدایت نمی کند. الکترون های ظرفیتی که در پیوند اتم ها نقش دارند به طور محکم به شبکه کریستالی متصل هستند و میدان الکتریکی خارجی تأثیر قابل توجهی بر حرکت آنها ندارد.

هدایت الکترونیکی

هنگامی که سیلیکون گرم می شود، انرژی جنبشی ذرات افزایش می یابد و

اتصالات فردی شکسته شده است. برخی از الکترون ها مدار خود را ترک می کنند و مانند الکترون های فلز آزاد می شوند. در یک میدان الکتریکی، آنها بین گره های شبکه حرکت می کنند و جریان الکتریکی را تشکیل می دهند.

رسانایی نیمه هادی ها به دلیل وجود فلزات آزاد

الکترون الکترون را هدایت الکترونی می نامند. با افزایش دما، تعداد پیوندهای شکسته و در نتیجه الکترون های آزاد افزایش می یابد. هنگامی که از 300 به 700 K گرم می شود، تعداد حامل های شارژ رایگان از 10.17 به 10.24 1/m.3 افزایش می یابد. این منجر به کاهش مقاومت می شود.

رسانایی سوراخ

هنگامی که یک پیوند شکسته می شود، یک مکان خالی با یک الکترون از دست رفته تشکیل می شود.

به آن سوراخ می گویند. این سوراخ در مقایسه با سایر پیوندهای معمولی دارای بار مثبت اضافی است. موقعیت سوراخ در کریستال ثابت نیست. فرآیند زیر به طور مداوم اتفاق می افتد. یکی

از الکترون هایی که اتصال اتم ها را تضمین می کنند، به محل تبادل می پرد

حفره هایی ایجاد می کند و پیوند جفت الکترونیکی را در اینجا باز می گرداند.

و از جایی که این الکترون از آنجا پرید، یک حفره جدید تشکیل می شود. بنابراین

بنابراین، سوراخ می تواند در سراسر کریستال حرکت کند.

اگر شدت میدان الکتریکی در نمونه صفر باشد، حرکت سوراخ ها، معادل حرکت بارهای مثبت، به طور تصادفی رخ می دهد و بنابراین جریان الکتریکی ایجاد نمی کند. در حضور میدان الکتریکی، حرکت منظم حفره ها رخ می دهد و بنابراین، جریان الکتریکی مرتبط با حرکت حفره ها به جریان الکتریکی الکترون های آزاد اضافه می شود. جهت حرکت حفره ها برخلاف جهت حرکت الکترون ها است.

بنابراین، در نیمه هادی ها دو نوع حامل بار وجود دارد: الکترون ها و سوراخ ها. بنابراین، نیمه هادی ها نه تنها دارای رسانایی الکترونیکی هستند، بلکه دارای رسانایی سوراخ نیز هستند. رسانایی در این شرایط رسانایی ذاتی نیمه هادی ها نامیده می شود. رسانایی ذاتی نیمه هادی ها معمولاً کم است، زیرا تعداد الکترون های آزاد کم است، به عنوان مثال، در ژرمانیوم در دمای اتاق NE = 3 در 10 در 23 سانتی متر در -3. در عین حال تعداد اتم های ژرمانیوم در 1 سانتی متر مکعب حدود 10 در 23 است. بنابراین، تعداد الکترون های آزاد تقریباً یک ده میلیاردم تعداد کل اتم ها است.

یکی از ویژگی های اساسی نیمه هادی ها این است که آنها

در حضور ناخالصی ها، همراه با هدایت ذاتی،

اضافی - هدایت ناخالصی. تغییر تمرکز

ناخالصی ها، می توانید تعداد حامل های شارژ را به میزان قابل توجهی تغییر دهید

یا علامت دیگر به لطف این امکان ایجاد نیمه هادی ها با آن وجود دارد

غلظت غالب یا منفی یا مثبت است

حامل های با شارژ قوی این ویژگی نیمه هادی ها کشف شده است

فرصت های زیادی برای کاربرد عملی فراهم می کند.

ناخالصی های اهدا کننده

معلوم می شود که در حضور ناخالصی ها، به عنوان مثال اتم های آرسنیک، حتی در غلظت های بسیار کم، تعداد الکترون های آزاد افزایش می یابد.

چندین بار. این به دلیل زیر اتفاق می افتد. اتم‌های آرسنیک دارای پنج الکترون ظرفیت هستند که چهارتای آن‌ها در ایجاد پیوند کووالانسی بین این اتم و اتم‌های اطراف، مثلاً با اتم‌های سیلیکون، نقش دارند. به نظر می رسد که الکترون پنجم ظرفیت ضعیفی به اتم متصل است. به راحتی اتم آرسنیک را ترک می کند و آزاد می شود. غلظت الکترون های آزاد به طور قابل توجهی افزایش می یابد و هزار برابر بیشتر از غلظت الکترون های آزاد در یک نیمه هادی خالص می شود. ناخالصی هایی که به راحتی الکترون اهدا می کنند ناخالصی های دهنده نامیده می شوند و این گونه نیمه هادی ها نیمه هادی های نوع n هستند. در نیمه هادی های نوع n، الکترون ها حامل اکثریت بار و حفره ها حامل های بار اقلیت هستند.

ناخالصی های پذیرنده

اگر ایندیم، که اتم های آن سه ظرفیتی هستند، به عنوان ناخالصی استفاده شود، ماهیت رسانایی نیمه هادی تغییر می کند. اکنون، برای تشکیل پیوندهای معمولی زوج الکترونیکی با همسایگان خود، اتم ایندیم این کار را نمی کند

یک الکترون می گیرد. در نتیجه یک سوراخ ایجاد می شود. تعداد سوراخ های کریستال

بلندی برابر با تعداد اتم های ناخالصی است. این نوع نجاست است

پذیرنده (دریافت کننده) نامیده می شوند. در حضور میدان الکتریکی

سوراخ ها در سراسر میدان مخلوط می شوند و رسانایی سوراخ رخ می دهد. توسط-

نیمه هادی ها با غلبه رسانایی سوراخ بر الکترون

به آنها نیمه هادی های نوع p (از کلمه مثبت - مثبت) می گویند.

2. دستگاه های نیمه هادی اولیه (ساختار و کاربرد)

دو دستگاه نیمه هادی اصلی وجود دارد: دیود و ترانزیستور.

مشخصه جریان-ولتاژ برای اتصالات رو به جلو و معکوس در شکل 2 نشان داده شده است.

آنها جایگزین لامپ ها شدند و به طور گسترده در فناوری، عمدتاً برای یکسو کننده ها استفاده می شوند؛ دیودها همچنین در دستگاه های مختلف کاربرد پیدا کرده اند.

ترانزیستور.

اتصال pn سمت چپ مستقیم است و پایه را از ناحیه نوع p به نام امیتر جدا می کند. اگر اتصال p-n راست وجود نداشت، بسته به ولتاژ منابع (باتری B1 و منبع ولتاژ متناوب) در مدار امیتر-پایه جریان وجود داشت.

مقاومت) و مقاومت مدار، از جمله مقاومت مستقیم کم

هدایت یک طرفه تماس بین دو نیمه هادی (یا فلز به نیمه هادی) برای یکسوسازی و تبدیل جریان های متناوب استفاده می شود. اگر یک انتقال الکترون به حفره وجود داشته باشد، عمل آن مشابه عمل دو است

لامپ الکترود - دیود.بنابراین یک دستگاه نیمه هادی حاوی یک اتصال p-n نامیده می شود. دیود نیمه هادی (کریستالی). نیمه هادی دیودها بر اساس طراحی به دو دسته تقسیم می شوند نقطه و مسطح اگر یک پالس جریان کوتاه مدت از یک دیود در جهت جلو عبور داده شود، یک لایه با رسانایی p تشکیل می شود. یک اتصال pn با ضریب یکسوسازی بالا در مرز این لایه تشکیل می شود. به دلیل ظرفیت کم لایه تماس، دیودهای نقطه ای به عنوان آشکارساز (یکسو کننده) نوسانات با فرکانس بالا تا محدوده طول موج سانتی متری استفاده می شوند.

اتصالات p-n نه تنها دارای خواص یکسوسازی عالی هستند، بلکه می توانند برای تقویت، و اگر بازخورد به مدار وارد شود، برای تولید نوسانات الکتریکی نیز استفاده شوند. دستگاه های در نظر گرفته شده برای این اهداف هستند

نام گرفت تریودهای نیمه هادی یا ترانزیستورها از ژرمانیوم و سیلیکون برای ساخت ترانزیستورها استفاده می شود، زیرا آنها با استحکام مکانیکی بالا، مقاومت شیمیایی و بیشتر مشخص می شوند.

نیمه هادی ها، تحرک حامل های جریان. تریودهای نیمه هادی به دو دسته تقسیم می شوند نقطه و مسطح اولی به طور قابل توجهی ولتاژ را افزایش می دهد، اما توان خروجی آنها به دلیل خطر گرمای بیش از حد کم است (به عنوان مثال، حد بالای عملکرد

دمای یک تریود ژرمانیوم نقطه ای در محدوده 50 تا 80 درجه سانتیگراد قرار دارد.تریودهای مسطح قدرتمندتر هستند. آنها ممکن است مانند p-p-pو تایپ کنید p-p-pبسته به تناوب نواحی با رسانایی متفاوت. ترانزیستورشامل پایه ها (قسمت وسط ترانزیستور) ساطع کننده و گردآورنده (مناطق مجاور پایه در دو طرف با نوع هدایت متفاوت)

پل ها). یک ولتاژ بایاس رو به جلو ثابت بین امیتر و پایه اعمال می شود و یک ولتاژ بایاس معکوس ثابت بین پایه و کلکتور اعمال می شود. منابع ولتاژ متناوب تقویت شده -

به امپدانس ورودی , و تقویت شده از مقاومت خروجی حذف می شود. جریان جریان در مدار امیتر

عمدتاً توسط حرکت سوراخ ها ایجاد می شود (آنها حامل اصلی جریان هستند) و با تزریق آنها همراه است - تزریق - به منطقه پایه. سوراخ هایی که به پایه نفوذ می کنند به سمت کلکتور و با ضخامت کمی پخش می شوند

نه در پایه، بخش قابل توجهی از سوراخ های تزریق شده به کلکتور می رسد. در اینجا حفره ها توسط میدانی که در داخل اتصال قرار می گیرد (که به کلکتور دارای بار منفی جذب می شود) گرفته می شود که در نتیجه جریان کلکتور تغییر می کند. بنابراین، همه

مقداری تغییر جریان در مدار امیتر باعث تغییر جریان در مدار کلکتور می شود. یک ترانزیستور، مانند یک لوله خلاء،

باعث افزایش ولتاژ و توان می شود.

25.(نیروی لورنتس. اثر نیروی لورنتس. اثر هال)

نیرویی که بر بار الکتریکی وارد می شود س،حرکت در میدان مغناطیسی با سرعت V , تماس گرفت نیروی لورنتس و با فرمول، Where بیان می شود که در- القای میدان مغناطیسی که بار در آن حرکت می کند.

مدول نیروی لورنتس , که در آن α زاویه بین است vو که در.نیروی لورنتس همیشه بر سرعت حرکت یک ذره باردار عمود است، بنابراین فقط جهت این سرعت را تغییر می دهد، بدون اینکه مدول آن تغییر کند. از این رو، نیروی لورنتس

هیچ کاری انجام نمی دهد به عبارت دیگر، میدان مغناطیسی ثابت روی ذره باردار در حال حرکت در آن کار نمی کند و انرژی جنبشی این ذره هنگام حرکت در میدان مغناطیسی تغییر نمی کند. اگر روی برق متحرک

شارژ علاوه بر میدان مغناطیسی با القاء که درهمچنین یک میدان الکتریکی با شدت وجود دارد E،سپس نیروی حاصل اف،اعمال شده به بار برابر است با مجموع بردار نیروها - نیروی وارد شده از میدان الکتریکی و نیروی لورنتس: جهت نیروی لورنتس و جهت انحراف ذره باردار در میدان مغناطیسی ناشی از آن به علامت بار بستگی دارد. سذرات.

جلوه هال (1879) وقوع در یک فلز (یا نیمه هادی) با چگالی جریان است. jدر میدان مغناطیسی قرار می گیرد که در،میدان الکتریکی در جهت عمود بر که در بهj اجازه دهید یک صفحه فلزی با چگالی جریان قرار دهیم jبه مغناطیسی

رشته که در،عمود بر j.برای یک جهت معین jسرعت حامل های جریان در فلز - الکترون ها - از راست به چپ هدایت می شود. الکترون ها نیروی لورنتس را تجربه می کنند که در این حالت به سمت بالا هدایت می شود. بنابراین، در لبه بالایی صفحه، غلظت الکترون‌ها افزایش می‌یابد (بار منفی می‌شود)، و در لبه پایینی، کمبود الکترون (بار مثبت می‌شود). در نتیجه، یک میدان الکتریکی عرضی اضافی بین لبه‌های صفحه ایجاد می‌شود ایو،از پایین به بالا هدایت می شود. وقتی تنش ایواین میدان عرضی به حدی می رسد که عمل آن بر بارها نیروی لورنتس را متعادل می کند، سپس توزیع ثابت بارها در جهت عرضی برقرار می شود.

بعد کجا آ- عرض صفحه؛ Δf - عرضی (هال) اختلاف پتانسیل.

با توجه به اینکه قدرت فعلی I = jS =nevS (S- سطح مقطع ضخامت صفحه د، ن- غلظت الکترون، v - سرعت متوسط ​​حرکت منظم الکترون ها، j-جریان چگالی = env)، یعنی به دست می آوریم. اختلاف پتانسیل عرضی هال با القای مغناطیسی متناسب است که در،قدرت جریان / و با ضخامت صفحه نسبت معکوس دارد د

- ثابت سالن، بسته به ماده توسطمقدار اندازه گیری شده ثابت هال را می توان: 1) تعیین کرد

غلظت حامل های جریان در هادی (با ماهیت شناخته شده رسانایی و بار حامل ها)؛ 2) ماهیت رسانایی نیمه هادی ها را قضاوت کنید، زیرا علامت ثابت هال با علامت بار e حامل های جریان مطابقت دارد. بنابراین اثر

اثر هال موثرترین روش برای مطالعه طیف انرژی حامل های جریان در فلزات و نیمه هادی ها است.

عنصر اصلی اکثر عناصر نیمه هادی، اتصال p-n است.

پیوند p-n ناحیه ای است که در مرز نیمه هادی های نوع p و n قرار دارد.

به طور معمول، یک اتصال pn را می توان به صورت زیر نشان داد:

آزمایش 14.3.دیود نیمه هادی.

هدف کار:

اصل عملکرد یک دیود نیمه هادی را مطالعه کنید.

تجهیزات:

1. منبع ولتاژ AC قابل تنظیم

2. اسیلوسکوپ

3. با یک نمودار بایستید

پیش رفتن.

1. نصب شامل یک منبع ولتاژ متناوب قابل تنظیم، یک اسیلوسکوپ و یک پایه با یک مدار است. ولتاژ متناوب از منبع به ورودی پایه تامین می شود. یک سینوسی روی صفحه اسیلوسکوپ مشاهده می شود. اگر ولتاژ اعمال شده را افزایش یا کاهش دهید، دامنه سیگنال سینوسی که روی صفحه اسیلوسکوپ قابل مشاهده است، به همان نسبت افزایش یا کاهش می یابد.

2. بیایید ماهیت جریان عبوری از دیود را مطالعه کنیم. ولتاژ ورودی به پایه به لبه های زنجیره ای متشکل از یک مقاومت و یک دیود متصل به صورت سری اعمال می شود. در نتیجه، دیگر جریان متناوب از زنجیره عبور نمی کند، بلکه جریان ضربانی است، زیرا دیود جریان را اصلاح می کند. این اجازه می دهد تا جریان در یک جهت و نه در جهت دیگر عبور کند. در نمودار، دیود به گونه ای به تصویر کشیده شده است که نوک مثلث، در این مرحله به سمت بالا هدایت می شود، جهت جریان عبوری از دیود را نشان می دهد. برای اینکه بفهمیم جریان عبوری از دیود چیست، ولتاژی به تقویت کننده عمودی اعمال می شود که از انتهای مقاومت حذف می شود. این ولتاژ متناسب با جریان عبوری از مقاومت است. مشاهده می شود که جریان عبوری از دیود در واقع فقط در یک جهت جریان دارد. هیچ جریانی برای نیم دوره وجود ندارد - بخش های افقی، برای نیم دوره جریان جریان دارد. اینها نیمی از سینوسی ها هستند که به پایین نگاه می کنند. اما اگر ولتاژ وارد شده به ورودی پایه را تغییر دهید، میزان جریان عبوری از دیود نیز تغییر خواهد کرد. اگر دیود را 180 درجه بچرخانید، نوک مثلث در نمودار به سمت پایین هدایت می شود، یعنی. جهت جریان عبوری از دیود تغییر خواهد کرد. سیگنال روی صفحه اسیلوسکوپ ناپدید شد. دیود از پایه برداشته می شود و سیگنال دوباره روی صفحه اسیلوسکوپ ظاهر می شود. با این حال، اکنون آن نیم چرخه هایی که با جریان جریان از طریق دیود مطابقت دارند، به صورت نیمه های یک موج سینوسی به سمت بالا نمایش داده می شوند.

3. مشخصه جریان ولتاژ یک دیود - رابطه بین جریان عبوری از دیود و ولتاژ عرضه شده به دیود. جریان عبوری از دیود همچنان با ولتاژ انتهای مقاومت ها متناسب است. این ولتاژ به ورودی عمودی اسیلوسکوپ و ورودی افقی توسط ولتاژ انتهای این زنجیره تامین می‌شود؛ این ولتاژ متناسب با ولتاژ روی دیود است. در نتیجه مشخصه جریان-ولتاژ دیود بر روی صفحه اسیلوسکوپ مشاهده می شود. هیچ نیم دوره ای از جریان وجود ندارد، این یک بخش افقی از این مشخصه است، و نیم دوره جریان جریان دارد. قانون اهم در اینجا تا حدودی برآورده می شود. مقدار جریانی که از دیود می گذرد متناسب با ولتاژ اعمال شده به دیود است. اگر ولتاژ اعمال شده به دیود را کم یا زیاد کنید، جریانی که از دیود می گذرد به همان نسبت افزایش یا کاهش می یابد.

نتیجه:

رسانایی یک طرفه اتصال pn امکان ایجاد یک دستگاه نیمه هادی یکسو کننده، به اصطلاح دیود نیمه هادی را فراهم می کند.

1. علامت هدایت مطابق با علامت منبع است، سپس سوراخ ها به سمت چپ، الکترون ها به سمت راست حرکت می کنند. از طریق р-nانتقال، جریان الکتریکی متشکل از الکترون ها و حفره ها جریان می یابد.

2. علامت رسانایی مخالف علامت منبع است، سپس حامل های بار بدون عبور از مرز تماس نیمه هادی به سمت قطب ها حرکت می کنند، جریانی از اتصال p-n رخ نمی دهد، بنابراین، اتصال p-n دارای رسانایی یک طرفه است.

اتصال pn در دیودهای نیمه هادی استفاده می شود.

ترانزیستور یک وسیله نیمه هادی است که از دو اتصال pn تشکیل شده است که پشت سر هم به هم متصل شده اند. امیتر ناحیه ای از ترانزیستور است که حامل های بار از آنجا می آیند. کلکتور ناحیه ای است که حامل های بار در آن جریان دارند. پایه نقشی شبیه به شبکه کنترل در یک لامپ دارد.

ترانزیستورها برای تقویت سیگنال های الکتریکی عمل می کنند، زیرا یک تغییر کوچک در ولتاژ بین امیتر و پایه منجر به تغییر زیادی در ولتاژ در سراسر بار متصل به مدار کلکتور می شود.

تجربه 14.4تقویت کننده ترانزیستور DC

تجهیزات:

1. ترانزیستور روی پایه.

2. فتودیود روی پایه.

3. منبع فعلی V-24;

4. سیم های اتصال;

5. لامپ;

6. دو گالوانومتر نمایشی.

نمودار نصب:

هنگامی که فتوسل تاریک می شود، جریان کم است. اگر فتوسل روشن باشد، جریان در بخش G2 افزایش می یابد.

تست های سخنرانی شماره 14

تست 14.1.از نتایج آزمایشی که وابستگی مقاومت نیمه هادی به دما را نشان می دهد، چه نتیجه ای می توان گرفت؟

£ با افزایش دمای یک نیمه هادی، مقاومت آن افزایش می یابد

£ مقاومت یک نیمه هادی به دمای آن بستگی ندارد

£ با افزایش دمای یک نیمه هادی، مقاومت آن کاهش می یابد

£ مقاومت یک نیمه هادی به میزان قابل توجهی به دمای آن بستگی ندارد

تست 14.2.نام ماده ای که خواص الکتریکی آن به شدت به غلظت ناخالصی های شیمیایی موجود در آن و شرایط خارجی بستگی دارد چیست؟

£ ابررسانا.

£ مغناطیس الکتریک.

فروالکتریک پوند.

£ نیمه هادی.

تست 14.3.نام شبه ذره ای که بار مدول آن برابر با بار یک الکترون و جرم آن برابر با جرم الکترون است چیست؟

نوترون پوند

£ "سوراخ"

£ α-ذره

پوزیترون £

تست 14.4.نام یک دستگاه نیمه هادی که از دو اتصال pn تشکیل شده است چیست؟

ترانزیستور پوند

جمع کننده £

گالوانومتر £

تریستور £

تست 14.5.نام منطقه ترانزیستور چیست، از کجا آمده اند؟

حامل های شارژ؟

جمع کننده پوند

ساطع کننده

£ فوتوسل

دیود زنر پوند

تست های فصل شماره 3.

تست 1. منظور از نیروهای شخص ثالث چیست؟

£ نیروهای منشأ غیر الکترواستاتیکی.

£ نیروهای ناشی از فرآیندهای شیمیایی.

£ فقط نیروهای مکانیکی (نیروهای اعمال شده برای چرخاندن روتور ژنراتور).

£ نیروهای منشا الکتریکی.

تست 2. یک کمیت فیزیکی که با عبور بار از یک ناحیه رسانا با مساحت واحد در واحد زمان مشخص می شود...

£ قدرت فعلی.

£ چگالی جریان.

ولتاژ £

£ مقاومت الکتریکی

تست 3. هنگامی که دو هادی به صورت سری به یک شبکه DC متصل می شوند، قدرت جریان در شبکه 6.25 برابر کمتر از زمانی است که همان هادی ها به صورت موازی متصل می شوند. مقاومت هادی ها چند بار با هم تفاوت دارند؟

تست 4. بردار پلاریزاسیون در دی الکتریک به چه چیزی بستگی دارد؟

ترکیب دی الکتریک

£ اندازه دی الکتریک

£ القایی الکتریکی

£ قدرت میدان در دی الکتریک

£ وجود هزینه های رایگان در دی الکتریک

آزمون 5. نتیجه گیری صحیح را از تجربه نشان دادن وابستگی مقاومت هادی به دما انتخاب کنید؟

مقاومت هادی به دما بستگی ندارد

با افزایش دمای هادی، مقاومت آن افزایش می یابد

با کاهش دمای هادی، مقاومت آن افزایش می یابد

با افزایش دمای هادی، مقاومت آن کاهش می یابد

با کاهش دمای هادی، مقاومت آن کاهش می یابد

تست 6. پدیده ابررسانایی توسط کامرلینگ - اونس در چه سالی کشف شد؟

تست 7. اگر N-گره در یک زنجیره منشعب وجود داشته باشد، برای چند گره می توان معادلات مستقل ترسیم کرد؟ .

تست 8.

هنگام اتصال موازی هادی ها، موارد زیر برای آنها یکسان است:

تست 9.

فرمول های اتصال سری هادی ها را برجسته کنید:

£

£

£

£

£

آزمون 10. فرمول «پدیده تبدیل مستقیم گرما به الکتریسیته در رساناهای جامد یا مایع و همچنین پدیده معکوس گرمایش و سرد کردن مستقیم اتصالات دو رسانا با عبور جریان» تعریف ...

£ ترموالکتریک

£ حرارتی-EMF

£ اثر فارادی

جلوه هال

تست 11. چه چیزی مقدار thermo-EMF یک ترموکوپل را تعیین می کند؟

£ از اختلاف دمای محل اتصال +

£ از گرما-EMF خاص هر دو هادی

پوند از اختلاف ولتاژ

پوند از اختلاف پتانسیل

تست 12. فرمول "تفاوت پتانسیل های الکتریکی که بین اجسام در تماس تحت شرایط تعادل ترمودینامیکی ایجاد می شود" یک تعریف ...

£ اختلاف ولتاژ تماس.

تفاوت مقاومت تماس £

£ اختلاف تماس یون ها.

£ تفاوت پتانسیل تماس .

£ اختلاف فعلی تماس

تست 13 . محلول های نمک ها، قلیایی ها، اسیدها...

£ الکترولیت

£ نیمه الکترولیت ها

£ دی الکتریک

£ شبه الکترولیت ها

£ نیمه هادی ها

تست 14. کدام یک از فلزات زیر نجیب هستند؟

تست 15. قانون اول فارادی برای الکترولیز می گوید:

معادل الکتروشیمیایی یک ماده با معادل شیمیایی آن نسبت مستقیم دارد.

جرم ماده آزاد شده روی الکترودها با مجذور باری که از الکترولیت می گذرد نسبت مستقیم دارد.

جرم ماده آزاد شده بر روی الکترودها با باری که از الکترولیت عبور می کند نسبت مستقیم دارد.+

£ جرم ماده آزاد شده بر روی الکترودها با ریشه دوم مقدار باری که از الکترولیت عبور می کند نسبت مستقیم دارد.

جرم ماده آزاد شده روی الکترودها با باری که از الکترولیت عبور می کند نسبت معکوس دارد

تست 16. چه عوامل فیزیکی روی گاز اثر یونیزه دارند؟

£ گرمایش

میدان الکتریکی £

£ افزایش حجم گاز.

£ قرار گرفتن در معرض تابش.

£ کاهش فشار اتمسفر.

تست 17. اگر در حین تخلیه لوله تخلیه گاز را بررسی کنید، متوجه می شوید که تخلیه یکنواخت نیست. مناطق زیر متمایز می شوند:

£ فضای تاریک استون؛ فیلم کاتد؛ درخشش دود کننده؛ ستون منفی

£ فضای تاریک استون؛ فیلم آند؛ فضای تاریک کاتد؛ درخشش دود کننده؛ فضای تاریک فارادی؛ ستون منفی

£ فضای تاریک استون؛ فیلم کاتد؛ فضای تاریک کاتد؛ درخشش دود کننده؛ فضای تاریک فارادی؛ ستون مثبت

£ فضای تاریک استون؛ فیلم کاتد؛ درخشش دود کننده؛ ستون منفی؛ ستون مثبت

£ فیلم کاتد؛ فضای تاریک کاتد؛ درخشش دود کننده؛ فضای تاریک فارادی؛ ستون مثبت

تست 18. کدام دسته عمدتاً برای نورپردازی و اهداف تبلیغاتی استفاده می شود؟

تاج £

£ قوس.

£ در حال دود شدن

£ جرقه

£ درخشان

تست 19. چه انواع پلاسما با توجه به روش تولید وجود دارد؟

£ تخلیه گاز

£ ولتاژ بالا

£ دمای بالا

£ مغناطیسی الکترونیکی

تست 20. چه نوع تله های مغناطیسی وجود دارد؟

£ بتاترون

ستاره ای پوند

ستاره £

پوند توکامک

مشعل پلاسما £

تست 21. کدام خاصیت اصلی برای پلاسما است؟

£ هدایت الکتریکی خوب

£ قطبی پذیری

یونیزاسیون £

£ شبه بی طرفی

طول عمر پوند

تست 22. نام ناحیه تماس نیمه هادی ها با انواع رسانایی چیست؟

£ منطقه ممنوعه

باند هدایت £

اتصال £ p-n

باند ظرفیت پوند

تست 23. نام ناحیه ای از ترانزیستور که حامل های بار وارد آن می شوند چیست؟

ساطع کننده

جمع کننده پوند

£ فوتوسل

ریزتراشه پوند

تست 24. ویژگی های نیمه هادی ها چیست؟

£ گشتاور دوقطبی سخت مولکول های یک ماده

£ دمای عملیاتی بالا

£ وجود حامل های رایگان بارهای منفی

دو نوع حامل بار الکتریکی + وجود دارد

£ وجود حامل های رایگان بارهای مثبت

میدان مغناطیسی در خلاء و ماده

15. اندرکنش جریان ها. یک میدان مغناطیسی قدرت میدان مغناطیسی و القایی سیم پیچ با جریان در میدان مغناطیسی. قانون بیوت-ساوارت-لاپلاس. میدان مغناطیسی جریان های مستقیم، دایره ای و سلونوئیدی.

16. طبیعت گردابی میدان مغناطیسی. گردش بردار القای میدان مغناطیسی. شار مغناطیسی قدرت آمپر. کار حرکت یک هادی حامل جریان در میدان مغناطیسی. نیروی لورنتس تعیین بار ویژه یک الکترون.

17. مغناطیسی. مغناطیس سازی رابطه بین القاء و قدرت میدان مغناطیسی در آهنربا. نفوذپذیری و حساسیت مغناطیسی. پدیده های مغناطیسی مکانیکی

18. مفهوم دیا، پارا و فرومغناطیس. ساختار دامنه فرومغناطیس. هیسترزیس مغناطیسی آثار استولتوف. نقطه کوری مواد مغناطیسی و کاربردهای آنها

تعامل جریان ها. یک میدان مغناطیسی قدرت میدان مغناطیسی و القایی سیم پیچ با جریان در میدان مغناطیسی. قانون بیوت-ساوارت-لاپلاس. میدان مغناطیسی جریان های مستقیم، دایره ای و سلونوئیدی

15.1. تعامل جریان ها

15.2. یک میدان مغناطیسی قدرت میدان مغناطیسی و القایی

15.3. سیم پیچ با جریان در میدان مغناطیسی

15.4. قانون بیوت-ساوارت-لاپلاس. میدان مغناطیسی جریان های مستقیم، دایره ای و سلونوئیدی

مطالعه ماهیت پدیده های مغناطیسی با در نظر گرفتن مغناطیس طبیعی آغاز شد. این برهمکنش آهنرباهای طبیعی با برخی از مواد که متعلق به کلاس فرومغناطیس ها هستند نیز رخ داده است. در آینده خواهیم دید که اگر یکی از آهنرباهای طبیعی با یک هادی با جریان جایگزین شود (آزمایش ارستد) برهمکنش ثابت می ماند و در نهایت اگر دو رسانا با جریان برهم کنش داشته باشند این پدیده قابل مشاهده است (آزمایش آمپر) .

تجربه 15.1تجربه ارستد

تجهیزات:

برنج. 15.1.

1. سوزن مغناطیسی;

2. منبع فعلی V-24;

3. هادی;

نمودار نصب:

فلش در ابتدا موازی با هادی است. هنگامی که منبع جریان روشن است، فلش عمود بر هادی تنظیم می شود. هنگامی که منبع تغذیه خاموش می شود، فلش به موقعیت اصلی خود باز می گردد.

نتیجه:یک میدان مغناطیسی در اطراف هادی حامل جریان وجود دارد، یعنی. جایی که بارهای الکتریکی متحرک وجود دارد، یک میدان مغناطیسی وجود دارد.

تجربه 15.2برهمکنش دو هادی با جریان.

تجهیزات:

1. دو نوار فویل انعطاف پذیر.

2. منبع فعلی V-24;

3. هادی;

نمودار نصب:

جریان ها در جهت مخالف هدایت می شوند - هادی ها یکدیگر را دفع می کنند.

جریان ها به طور مشترک هدایت می شوند - و هادی ها یکدیگر را جذب می کنند.

نتیجه:وقتی دو هادی با جریان برهم کنش می کنند، نیروهایی بوجود می آیند که هادی ها را دفع یا جذب می کنند.

مطالعه پدیده های مغناطیسی نشان داده است که برهمکنش مغناطیسی زمانی مشاهده می شود که حرکت بارهای الکتریکی در رابطه با ناظر (یا دستگاه ضبط) وجود داشته باشد. از آنجایی که همه پدیده های مرتبط با حرکت نسبی اجسام نسبیتی نامیده می شوند (از کلمه انگلیسی "نسبی" - نسبی) ، آنها می گویند که مغناطیس یک اثر نسبیتی است.

دیود نیمه هادیدستگاه دو الکترودی با رسانایی یک طرفه نامیده می شود. طراحی آن بر اساس یک تعادل است آر-nانتقال بر اساس ماهیت تشکیل اتصال، دیودها به نقطه ای و مسطح تقسیم می شوند.

تریودهای نیمه هادی به طور گسترده برای تبدیل، تقویت و تولید نوسانات الکتریکی استفاده می شوند. ترانزیستورها. برای کارکرد یک ترانزیستور، داشتن دو اتصال الکترون به حفره ضروری است؛ ژرمانیوم اغلب به عنوان نیمه هادی استفاده می شود.

در ترانزیستورهایی که استفاده می کنند n-р-nاتصال، نیمه هادی آر- نوع واقع بین نیمه هادی ها nنوع، طراحی یک ترانزیستور دوقطبی مسطح در شکل 2.7 نشان داده شده است.

برنج. 2.7. اصل دستگاه ترانزیستور و تصویر ترانزیستورها در نمودارها.

در این ترانزیستور n-р-nنوع یک ناحیه میانی با رسانایی سوراخ، و دو ناحیه بیرونی با رسانایی الکترونیکی وجود دارد. ناحیه میانی ترانزیستور نامیده می شود - پایهیک ناحیه افراطی – ساطع کننده , یکی دیگر - گردآورندهبنابراین، ترانزیستور دارای دو است n-rانتقال: ساطع کننده– بین امیتر و پایه و گردآورنده- بین پایه و کلکتور. فاصله بین آنها باید بسیار کم باشد، بیش از چند میکرومتر، یعنی. سطح پایه باید بسیار نازک باشد. این یک شرط برای عملکرد خوب ترانزیستور است. علاوه بر این، غلظت ناخالصی ها در پایه همیشه به طور قابل توجهی کمتر از کلکتور و امیتر است. در تصاویر شماتیک ترانزیستورها، فلش جهت جریان (مشروط، از مثبت به منفی) را در سیم امیتر با ولتاژ رو به جلو در محل اتصال امیتر نشان می دهد.

بیایید عملکرد ترانزیستور را در حالت بدون بار در نظر بگیریم، زمانی که فقط منابع ولتاژ تغذیه ثابت E 1 و E 2 روشن هستند (شکل 2.8).

قطبیت آنها به گونه ای است که در محل اتصال امیتر ولتاژ رو به جلو و در محل اتصال کلکتور معکوس است. بنابراین مقاومت محل اتصال امیتر کم است و برای به دست آوردن جریان معمولی در این اتصال، ولتاژ E 1 دهم ولت کافی است. مقاومت محل اتصال کلکتور زیاد است و ولتاژ E2 معمولاً چند یا ده ها ولت است.

برنج. 2.8. حرکت الکترون ها و حفره ها در یک ترانزیستور n-p-n.

اصل کار ترانزیستور این است که ولتاژ رو به جلو اتصال امیتر، یعنی بخش بیس-امیتر، به طور قابل توجهی بر جریان کلکتور تأثیر می گذارد: هر چه این ولتاژ بیشتر باشد، جریان امیتر و کلکتور بیشتر است. در این حالت، تغییرات در جریان کلکتور فقط کمی کمتر از تغییرات در جریان امیتر است. بنابراین، ولتاژ بین پایه و امیتر E 1، یعنی. ولتاژ ورودی جریان کلکتور را کنترل می کند. تقویت نوسانات الکتریکی با استفاده از ترانزیستور دقیقاً بر اساس این پدیده است.

فرآیندهای فیزیکی در ترانزیستور به شرح زیر رخ می دهد. با افزایش ولتاژ ورودی جلو E1، مانع پتانسیل در اتصال امیتر کاهش می یابد و بر این اساس، جریان از طریق این اتصال افزایش می یابد - جریان امیتر مناوه. الکترون های این جریان از امیتر به بیس تزریق می شود و در اثر انتشار از طریق بیس به محل اتصال کلکتور نفوذ می کند و جریان کلکتور را افزایش می دهد. از آنجایی که اتصال کلکتور با ولتاژ معکوس کار می کند، بارهای فضایی در این اتصال ظاهر می شود که در شکل با دایره هایی با علائم "+" و "-" نشان داده شده است. یک میدان الکتریکی بین آنها ایجاد می شود. این حرکت (استخراج) را از طریق اتصال جمع کننده الکترون هایی که از امیتر به اینجا آمده اند، یعنی. الکترون ها را به ناحیه اتصال جمع کننده می کشد.

اگر ضخامت پایه به اندازه کافی کوچک باشد و غلظت حفره ها در آن کم باشد، بیشتر الکترون ها که از پایه عبور کرده اند، فرصتی برای ترکیب مجدد با سوراخ های پایه و رسیدن به محل اتصال جمع کننده ندارند. فقط بخش کوچکی از الکترون‌ها با حفره‌های پایه ترکیب می‌شوند. در نتیجه ترکیب مجدد، یک جریان پایه در سیم پایه جریان می یابد. در واقع، در حالت ثابت، تعداد سوراخ‌های پایه باید بدون تغییر باقی بماند. در اثر نوترکیب، در هر ثانیه تعدادی حفره ناپدید می شوند، اما به دلیل خروج همان تعداد الکترون از پایه به سمت قطب منبع E 1، همان تعداد حفره جدید ظاهر می شود. به عبارت دیگر، بسیاری از الکترون ها نمی توانند در پایه جمع شوند.

اگر پایه ضخامت قابل توجهی داشت و غلظت حفره ها در آن زیاد بود، بیشتر الکترون های جریان تابش کننده که از طریق پایه پخش می شوند با سوراخ ها ترکیب می شوند و به محل اتصال جمع کننده نمی رسند.

تحت تأثیر ولتاژ ورودی، جریان امیتر قابل توجهی ایجاد می شود؛ الکترون ها از سمت امیتر به ناحیه پایه تزریق می شوند که حامل های اقلیت برای این منطقه هستند. بدون داشتن زمان برای ترکیب مجدد با سوراخ ها در حین انتشار از طریق پایه، آنها به محل اتصال جمع کننده می رسند. هر چه جریان امیتر بیشتر باشد، الکترون های بیشتری به محل اتصال کلکتور می آیند و مقاومت آن کمتر می شود. جریان کلکتور بر این اساس افزایش می یابد. به عبارت دیگر، با افزایش جریان امیتر در پایه، غلظت حامل های مینوریتی تزریق شده از امیتر افزایش می یابد و هر چه تعداد این حامل ها بیشتر باشد، جریان اتصال کلکتور بیشتر می شود. جریان کلکتور من به .

لازم به ذکر است که امیتر و کلکتور قابل تعویض هستند (به اصطلاح حالت معکوس). اما در ترانزیستورها، به عنوان یک قاعده، اتصال کلکتور با مساحت بسیار بزرگتر از اتصال امیتر ساخته می شود، زیرا توان تلف شده در اتصال جمع کننده بسیار بیشتر از توان تلف شده در اتصال امیتر است. بنابراین، اگر از امیتر به عنوان کلکتور استفاده کنید، ترانزیستور کار می کند، اما فقط می توان از آن با توان بسیار پایین تر استفاده کرد، که غیر عملی است. اگر نواحی اتصال یکسان ساخته شوند (ترانزیستورها در این مورد نامیده می شوند متقارن، سپس هر یک از مناطق شدید می تواند به عنوان یک امیتر یا جمع کننده با موفقیت یکسان کار کند.

ما پدیده های فیزیکی را در یک ترانزیستور n-p-n بررسی کردیم. فرآیندهای مشابهی در یک ترانزیستور p-n-p اتفاق می‌افتد، اما در آن نقش الکترون‌ها و حفره‌ها تغییر می‌کند و قطبیت‌های ولتاژ و جهت‌های جریان به معکوس تغییر می‌کنند.

سه روش رایج برای روشن کردن ترانزیستورها عبارتند از:

- مدار پایه مشترک، هنگامی که ورودی امیتر و خروجی کلکتور

متصل به یک پایه مشترک؛

- در یک مدار امیتر مشترکمدار خروجی کلکتور

به جای پایه به امیتر متصل می شود.

- مدار جمع کننده مشترک، در غیر این صورت امیتر تکرار نامیده می شود.

نتیجه: 1. وجود ناخالصی در نیمه هادی ها باعث نقض برابری بین تعداد حفره ها و الکترون ها می شود و جریان الکتریکی بسته به آنچه در نیمه هادی غالب است عمدتاً توسط بارهای یک علامت ایجاد می شود.

2. طراحی هر وسیله نیمه هادی بر اساس تعادل است آر-nانتقال ها

آماده شده

دانش آموز کلاس 10 "الف"

مدرسه شماره 610

ایوچین الکسی

چکیده با موضوع:

"دیودها و ترانزیستورهای نیمه هادی، حوزه های کاربرد آنها"

2. دستگاه های نیمه هادی اولیه (ساختار و کاربرد)

3.انواع دستگاه های نیمه هادی

4. تولید

5. منطقه کاربردی

1. نیمه هادی ها: نظریه و خواص

ابتدا باید با مکانیسم رسانایی در نیمه هادی ها آشنا شوید. و برای انجام این کار، باید ماهیت پیوندهایی را که اتم های یک کریستال نیمه هادی را نزدیک یکدیگر نگه می دارند، درک کنید. به عنوان مثال، یک کریستال سیلیکون را در نظر بگیرید.

سیلیکون یک عنصر چهار ظرفیتی است. این بدان معنی است که در خارجی

پوسته یک اتم دارای چهار الکترون است که نسبتاً ضعیف هستند

با یک هسته تعداد نزدیکترین همسایگان هر اتم سیلیکون نیز برابر است

چهار برهم کنش یک جفت اتم همسایه با استفاده از آن انجام می شود

پیوند پایونوالکترونیکی به نام پیوند کووالانسی. در آموزش

این پیوند از هر اتم شامل یک الکترون تک ظرفیتی است که

که از اتم ها جدا می شوند (توسط کریستال جمع می شوند) و چه زمانی

در حرکت خود بیشتر وقت خود را در فاصله بین آنها می گذرانند

اتم های همسایه بار منفی آنها یون های سیلیکون مثبت را نزدیک یکدیگر نگه می دارد. هر اتم با همسایگان خود چهار پیوند تشکیل می دهد،

و هر الکترون ظرفیتی می تواند در امتداد یکی از آنها حرکت کند. پس از رسیدن به یک اتم همسایه، می تواند به اتم بعدی و سپس در امتداد کل کریستال حرکت کند.

الکترونهای ظرفیت به کل کریستال تعلق دارند.پیوندهای الکترونیکی جفت سیلیکون کاملاً قوی هستند و در دماهای پایین شکسته نمی شوند. بنابراین سیلیکون در دماهای پایین جریان الکتریکی را هدایت نمی کند. الکترون های ظرفیتی که در پیوند اتم ها نقش دارند به طور محکم به شبکه کریستالی متصل هستند و میدان الکتریکی خارجی تأثیر قابل توجهی بر حرکت آنها ندارد.

هدایت الکترونیکی

هنگامی که سیلیکون گرم می شود، انرژی جنبشی ذرات افزایش می یابد و

اتصالات فردی شکسته شده است. برخی از الکترون ها مدار خود را ترک می کنند و مانند الکترون های فلز آزاد می شوند. در یک میدان الکتریکی، آنها بین گره های شبکه حرکت می کنند و جریان الکتریکی را تشکیل می دهند.

رسانایی نیمه هادی ها به دلیل وجود فلزات آزاد

الکترون الکترون را هدایت الکترونی می نامند. با افزایش دما، تعداد پیوندهای شکسته و در نتیجه الکترون های آزاد افزایش می یابد. هنگامی که از 300 به 700 K گرم می شود، تعداد حامل های شارژ رایگان از 10.17 به 10.24 1/m.3 افزایش می یابد. این منجر به کاهش مقاومت می شود.

رسانایی سوراخ

هنگامی که یک پیوند شکسته می شود، یک موقعیت خالی توسط الکترون از دست رفته ایجاد می شود.

به آن سوراخ می گویند. این سوراخ در مقایسه با سایر پیوندهای معمولی دارای بار مثبت اضافی است. موقعیت سوراخ در کریستال ثابت نیست. فرآیند زیر به طور مداوم اتفاق می افتد. یکی

از الکترون هایی که اتصال اتم ها را تضمین می کنند، به محل تبادل می پرد

حفره هایی ایجاد کرده و اتصال جفت الکترونیکی را در اینجا بازیابی می کند.

و از جایی که این الکترون از آنجا پرید، یک حفره جدید تشکیل می شود. بنابراین

بنابراین، سوراخ می تواند در سراسر کریستال حرکت کند.

اگر شدت میدان الکتریکی در نمونه صفر باشد، حرکت سوراخ ها، معادل حرکت بارهای مثبت، به طور تصادفی رخ می دهد و بنابراین جریان الکتریکی ایجاد نمی کند. در حضور میدان الکتریکی، حرکت منظم حفره ها اتفاق می افتد و بنابراین، جریان الکتریکی مرتبط با حرکت حفره ها به جریان الکتریکی الکترون های آزاد اضافه می شود. جهت حرکت حفره ها برخلاف جهت حرکت الکترون ها است.

بنابراین، در نیمه هادی ها دو نوع حامل بار وجود دارد: الکترون ها و سوراخ ها. بنابراین، نیمه هادی ها نه تنها دارای رسانایی الکترونیکی هستند، بلکه دارای رسانایی سوراخ نیز هستند. رسانایی در این شرایط رسانایی ذاتی نیمه هادی ها نامیده می شود. رسانایی ذاتی نیمه هادی ها معمولاً کم است، زیرا تعداد الکترون های آزاد کم است، به عنوان مثال، در ژرمانیوم در دمای اتاق NE = 3 در 10 در 23 سانتی متر در -3. در عین حال تعداد اتم های ژرمانیوم در 1 سانتی متر مکعب حدود 10 در 23 است. بنابراین، تعداد الکترون های آزاد تقریباً یک ده میلیاردم تعداد کل اتم ها است.

یکی از ویژگی های اساسی نیمه هادی ها این است که آنها

در حضور ناخالصی ها، همراه با هدایت ذاتی،

اضافی - هدایت ناخالصی. تغییر تمرکز

ناخالصی ها، می توانید تعداد حامل های شارژ را به میزان قابل توجهی تغییر دهید

یا علامت دیگر به لطف این امکان ایجاد نیمه هادی ها با آن وجود دارد

غلظت غالب یا منفی یا مثبت است

حامل های با شارژ قوی این ویژگی نیمه هادی ها کشف شده است

فرصت های زیادی برای کاربرد عملی فراهم می کند.

ناخالصی های اهدا کننده

معلوم می شود که در حضور ناخالصی ها، به عنوان مثال اتم های آرسنیک، حتی در غلظت های بسیار کم، تعداد الکترون های آزاد افزایش می یابد.

چندین بار. این به دلیل زیر اتفاق می افتد. اتم های آرسنیک دارای پنج الکترون ظرفیتی هستند که چهارتای آنها در ایجاد پیوند کووالانسی بین این اتم و اتم های اطراف مثلاً با اتم های سیلیکون نقش دارند.الکترون ظرفیت پنجم به اتم پیوند ضعیفی دارد. به راحتی اتم آرسنیک را ترک می کند و آزاد می شود. غلظت الکترون های آزاد به طور قابل توجهی افزایش می یابد و هزار برابر بیشتر از غلظت الکترون های آزاد در یک نیمه هادی خالص می شود. ناخالصی هایی که به راحتی الکترون اهدا می کنند ناخالصی های دهنده نامیده می شوند و این گونه نیمه هادی ها نیمه هادی های نوع n هستند. در نیمه هادی های نوع n، الکترون ها حامل اکثریت بار و حفره ها حامل های بار اقلیت هستند.

ناخالصی های پذیرنده

اگر ایندیم، که اتم های آن سه ظرفیتی هستند، به عنوان ناخالصی استفاده شود، ماهیت رسانایی نیمه هادی تغییر می کند. حال، برای تشکیل پیوندهای معمولی زوج الکترونیکی با همسایگان، اتم ایندیم

یک الکترون می گیرد. در نتیجه یک سوراخ ایجاد می شود. تعداد سوراخ های کریستال

بلندی برابر با تعداد اتم های ناخالصی است. این نوع نجاست

پذیرنده (دریافت کننده) نامیده می شوند. در حضور میدان الکتریکی

سوراخ ها در سراسر میدان مخلوط می شوند و رسانایی سوراخ رخ می دهد. توسط-

نیمه هادی هایی با رسانایی حفره ای غالب بر روی الکترون ها

به آنها نیمه هادی های نوع p (از کلمه مثبت - مثبت) می گویند.

2. دستگاه های نیمه هادی اولیه (ساختار و کاربرد)

دو دستگاه نیمه هادی اصلی وجود دارد: دیود و ترانزیستور.

/> امروزه دیودهای نیمه هادی به طور فزاینده ای برای یکسو کردن جریان الکتریکی در مدارهای رادیویی به همراه لامپ های دو الکترودی استفاده می شوند، زیرا دارای تعدادی مزیت هستند. در یک لوله خلاء، الکترون های حامل بار با گرم کردن کاتد تولید می شوند. در اتصال p-n زمانی که ناخالصی گیرنده یا دهنده به کریستال وارد می شود حامل های بار تشکیل می شوند بنابراین برای بدست آوردن حامل های بار نیازی به منبع انرژی نیست. در مدارهای پیچیده، صرفه جویی در انرژی حاصل از این امر بسیار قابل توجه است. علاوه بر این، یکسو کننده های نیمه هادی، با مقادیر یکسان جریان یکسو، مینیاتورتر از یکسو کننده های لوله ای هستند.

/> دیودهای نیمه هادی از ژرمانیوم و سیلیکون ساخته شده اند. سلنیوم و سایر مواد بیایید در نظر بگیریم که چگونه یک اتصال p-n هنگام استفاده از ناخالصی پایین ایجاد می شود؛ این اتصال را نمی توان با اتصال مکانیکی دو نیمه هادی از انواع مختلف به دست آورد، زیرا این باعث ایجاد شکاف بسیار بزرگ بین نیمه هادی ها و نیمه هادی ها می شود که این ضخامت نباید از فواصل بین اتمی بیشتر باشد. بنابراین، ایندیم در یکی از سطوح نمونه ذوب می شود. به دلیل انتشار اتم های ایندیم در اعماق تک بلور ژرمانیوم، ناحیه ای با رسانایی نوع p در سطح ژرمانیوم تبدیل می شود. بقیه نمونه ژرمانیوم که اتم‌های ایندیم در آن نفوذ نکرده‌اند، هنوز رسانایی نوع n دارند. یک اتصال p-n بین مناطق رخ می دهد. در یک نیمه هادی، دیودژرمانیوم به عنوان کاتد و ایندیم به عنوان آند عمل می کند. شکل 1 اتصال مستقیم (b) و معکوس (c) دیود را نشان می دهد.

مشخصه جریان-ولتاژ برای اتصالات مستقیم و معکوس در شکل 2 نشان داده شده است.

آنها جایگزین لامپ ها شدند و به طور گسترده در فناوری، عمدتاً برای یکسو کننده ها استفاده می شوند؛ دیودها همچنین در دستگاه های مختلف کاربرد پیدا کرده اند.

ترانزیستور.

/> بیایید یک نوع ترانزیستور ساخته شده از ژرمانیوم یا سیلیکون با ناخالصی های دهنده و پذیرنده وارد شده در آنها را در نظر بگیریم. توزیع ناخالصی ها به گونه ای است که یک لایه بسیار نازک (در حد چند میکرومتر) از نیمه هادی نوع n بین دو لایه نیمه هادی نوع p ایجاد می شود. 3. به این لایه نازک، پایه یا پایه می گویند، دو پیوند p-n در کریستال ایجاد می شود که جهات مستقیم آنها مخالف است. سه پایانه از مناطق با انواع مختلف رسانایی به شما امکان می دهد ترانزیستور را به مدار نشان داده شده در شکل 3 وصل کنید. با این اتصال

اتصال pn سمت چپ مستقیم است و پایه را از ناحیه ای با رسانایی نوع p جدا می کند که امیتر نامیده می شود. اگر اتصال p-n راست وجود نداشت، بسته به ولتاژ منابع (باتری B1 و منبع ولتاژ متناوب) در مدار امیتر-پایه جریان وجود داشت.

مقاومت) و مقاومت مدار، از جمله مقاومت مستقیم کم

/> گذار-پایه امیتر. باتری B2 طوری متصل می شود که اتصال pn سمت راست در مدار (شکل 3 را ببینید) معکوس باشد. این پایه را از ناحیه سمت راست با رسانایی نوع p که جمع کننده نامیده می شود جدا می کند. اگر اتصال pn چپ وجود نداشت، قدرت جریان مدار کلکتور نزدیک به صفر بود، زیرا مقاومت اتصال معکوس بسیار زیاد است. هنگامی که در اتصال p-n سمت چپ جریان وجود دارد، جریانی در مدار کلکتور ظاهر می شود و قدرت جریان در کلکتور فقط کمی کمتر از قدرت جریان در امیتر است. هنگامی که ولتاژی بین امیتر و پایه ایجاد می شود. حامل های اصلی نیمه هادی نوع p - سوراخ ها به پایه نفوذ می کنند، جایی که آنها قبلا حامل های اصلی هستند. از آنجایی که ضخامت پایه بسیار کم و تعداد حامل های اصلی (الکترون ها) در آن کم است، سوراخ هایی که وارد آن می شوند تقریباً با الکترون های پایه ترکیب نمی شوند (دوباره ترکیب نمی شوند) و به دلیل نفوذ به کلکتور. به انتشار. اتصال pn سمت راست به حامل های بار اصلی پایه - الکترون ها بسته است، اما نه به سوراخ ها. سوراخ‌های کلکتور توسط میدان الکتریکی دور می‌شوند و مدار را کامل می‌کنند. قدرت انشعاب جریان به مدار امیتر از پایه بسیار کوچک است، زیرا سطح مقطع پایه در صفحه افقی (نگاه کنید به شکل 3) بسیار کوچکتر از سطح مقطع در صفحه عمودی است. . جریان در کلکتور که تقریباً برابر جریان در امیتر است، با جریان در امیتر تغییر می کند. مقاومت مقاومت R /> تأثیر کمی بر جریان در کلکتور دارد و این مقاومت را می توان بسیار بزرگ کرد. با کنترل جریان امیتر با استفاده از یک منبع ولتاژ متناوب متصل به مدار آن، یک تغییر سنکرون در ولتاژ در مقاومت به دست می آوریم. اگر مقاومت مقاومت زیاد باشد، تغییر ولتاژ در آن می تواند ده ها هزار برابر بیشتر از تغییر سیگنال در مدار امیتر باشد، این به معنای افزایش ولتاژ است. بنابراین با استفاده از یک بار R می توان سیگنال های الکتریکی را بدست آورد که توان آنها چندین برابر برق عرضه شده به مدار امیتر باشد.آنها جایگزین لوله های خلاء می شوند و به طور گسترده ای در فناوری استفاده می شوند.

3.انواع دستگاه های نیمه هادی.

/>علاوه بر دیودهای مسطح (شکل 8) و ترانزیستورها، دیودهای نقطه ای نیز وجود دارند (شکل 4). ترانزیستورهای نقطه‌ای (به شکل ساختار مراجعه کنید) قبل از استفاده قالب‌گیری می‌شوند. آنها جریانی با قدر معین را عبور می دهند که در نتیجه آن ناحیه ای با رسانایی سوراخ در زیر نوک سیم تشکیل می شود. ترانزیستورها در انواع p-n-p و n-p-n وجود دارند. تعیین و کلی در شکل 5 قابل مشاهده است.

همانطور که در شکل نشان داده شده است عکس و ترمیستور و وریستور وجود دارد. دیودهای مسطح شامل یکسو کننده های سلنیومی هستند. اساس چنین دیودی یک واشر فولادی است که از یک طرف با لایه ای از سلنیوم پوشانده شده است که یک نیمه هادی با رسانایی سوراخ است (شکل 7 را ببینید). سطح سلنیوم با آلیاژ کادمیوم پوشانده می شود و در نتیجه فیلمی با رسانایی الکترونیکی تشکیل می شود که در نتیجه انتقال جریان یکسو کننده ایجاد می شود و هر چه مساحت بزرگتر باشد جریان یکسو کننده بیشتر می شود.

4. تولید

/> تکنولوژی ساخت دیوداتا مشابه است. قطعه ای از ایندیم بر روی سطح یک صفحه مربع به مساحت 2-4 سانتی متر مربع و ضخامت چند کسری از میلی متر ذوب می شود که از یک کریستال نیمه هادی با رسانایی الکترونیکی بریده شده است. ایندیم به طور محکم توسط صفحه آلیاژ می شود.در این حالت، اتم های ایندیم به ضخامت صفحه نفوذ می کنند (نفوذ می کنند) و در آن ناحیه ای با رسانایی سوراخ غالب تشکیل می دهند (شکل 6). این منجر به یک دستگاه نیمه هادی با دو ناحیه انواع مختلف رسانایی و یک اتصال p-n بین آنها. هر چه ویفر نیمه هادی نازک تر باشد. هرچه مقاومت دیود در جهت جلو کمتر باشد، جریان اصلاح شده توسط دیود بیشتر است. کنتاکت دیود یک قطره ایندیم و یک دیسک یا میله فلزی با هادی های سربی است

پس از مونتاژ ترانزیستور، در محفظه نصب شده و اتصال برق وصل می شود. سرب به صفحات تماس کریستال و سرب بدنه بدنه را می‌بندند.

5. دامنه کاربرد

/> دیودها بسیار قابل اعتماد هستند، اما محدودیت استفاده از آنها از -70 تا 125 درجه سانتیگراد است. یک دیود نقطه ای دارای سطح تماس بسیار کمی است، بنابراین جریانی که چنین دیودهایی می توانند ارائه دهند بیش از 10-15 میلی آمپر نیست. و عمدتاً برای تعدیل نوسانات با فرکانس بالا و برای ابزارهای اندازه گیری استفاده می شود. برای هر دیود، بسته به ولتاژ رو به جلو و معکوس و تعیین ویژگی های یکسو کننده و مقاومت آن، حداکثر حد مجاز جریان رو به جلو و معکوس وجود دارد.

ترانزیستورها مانند دیودها به دما و اضافه بار و تشعشعات نافذ حساس هستند. ترانزیستورها بر خلاف لوله های رادیویی به دلیل اتصال نامناسب می سوزند.