Лекция 2

Полупроводники. Диоды, биполярные и униполярные (МОП) транзисторы. Свет. Светочувствительные и светоизлучающие устройства. Оптопары

План:

1.  Электропроводимость полупроводников. Образование электронно-дырочной проводимости и ее свойства.

2.  Полупроводниковые диоды, условное обозначение, классификация и основные параметры.

3.  Биполярные и МОП транзисторы.

4.  Светоизлучающие приборы и оптопары.

Ключевые слова:

Электропроводимость, диэлектрик, полупроводник, проводник, электронно-дырочная проводимость, диод, биполярный транзистор, полевой транзистор, МОП-транзистор, фотоэлемент, фотодиод, светоизлучающий диод, оптопара.

1. Электропровидимость полупроводников. Образование электронно-дырочной проводимости и ее свойства

Как известно, на свете существует два вида веществ - проводники и изоляторы. Сопротивление проводников близко к нулю, а изоляторов - к бесконечности. Но резкой грани между этими двумя видами веществ нет, поэтому существуют также вещества, которые уже не проводники, но еще и не изоляторы (или наоборот), и их сопротивление находится где-то посередине между сопротивлениями проводников и изоляторов.

Это "полупроводниковое" состояние вещества крайне неустойчиво, и под воздействием внешних факторов (ничтожные концентрации примесей - один атом примеси на миллиард атомов полупроводника; приложенное к полупроводнику электрическое напряжение; воздействие света, температуры) полупроводник легко переходит в проводник, в изолятор и обратно в полупроводник. Благодаря тому, что на сопротивление полупроводника оказывает влияние, в том числе и электрическое напряжение, стало возможным усиливать и преобразовывать электрические сигналы.

Полупроводниковый материал после получения должен быть модифицирован, чтобы он приобрел качества, необходимые для полупроводниковых устройств.

На рис. 2.1 показана упрощенная схема атома кремния, на которой изображено только четыре электрона на валентной оболочке.

Валентность - это показатель способности атома присоединять или отдавать электроны, она определяет электрические и химические свойства атома.

Материалы, которым необходимы электроны для заполнения их валентной оболочки, являются нестабильными и относятся к активным материалам. Для приобретения стабильности, активные материалы должны добавить электроны в свои валентные оболочки. Атомы кремния способны объединить свои валентные электроны с другими атомами кремния с помощью процесса, который называется ковалентной связью (рис. 2.2). Ковалентная связь - это процесс совместного использования валентных электронов различными атомами, приводящий к образованию кристалла. Каждый атом в такой кристаллической структуре имеет четыре своих собственных электрона и четыре совместно используемых электрона от четырех других атомов, а всего - восемь валентных электронов. Ковалентная связь ввиду своей стабильности не может поддерживать электрическую активность.

Рис. 2.1. Упрощенная схема атома кремния, на которой показаны
только валентные электроны

полупроводник электропроводимость оптопара светоизлучающий

Рис. ............