Прямое и обратное включение диодов Шоттки.

Если приложить внешнее напряжение плюсом на металл, а минусом на полупроводник,

возникает внешнее электрическое поле, направленное навстречу полю перехода Шоттки.

Это внешнее поле компенсирует поле перехода Шоттки и будет являться ускоряющим для

электронов полупроводника. Электроны будут переходить из полупроводника в металл,

образуя сравнительно большой прямой ток. Такое включение называется прямым.

При подаче минуса на металл, а плюса на полупроводник возникает внешнее электрическое поле, сонаправленное с полем перехода Шоттки. Оба этих поля будут тормозящими

для электронов полупроводника, и будут отбрасывать их от границы раздела. Оба этих

поля будут ускоряющими для электронов металла, но они через границу раздела не пройдут, так как у металла больше работа выхода электрона. Такое включение перехода Шоттки называется обратным.

Обратный ток через переход Шоттки будет полностью отсутствовать, так как в металле не существует неосновных носителей зарядов.

Достоинства перехода Шоттки:

- отсутствие обратного тока;

- переход Шоттки может работать на СВЧ;

- высокое быстродействие при переключении из прямого состояния в обратное и наоборот.

Недостаток – стоимость. В качестве металла обычно применяют золото.

Некоторые эффекты полупроводника

Тоннельный эффект

Эффект Гана

Эффект Холла

1) Тоннельный эффект.Тоннельный эффект (открыт в 1958 году в Японии) проявляется на

p-n переходе в вырожденных полупроводниках.

Вырожденный полупроводник – это полупроводник с очень высокой концентрацией донор-

ной или акцепторной примеси. (Концентрация – 1024 атомов примеси на 1 куб. см. полупроводника).

В вырожденных полупроводниках очень тонкий p-n переход: его ширина составляет сотые

доли микрона, а напряжённость внутреннего поля p-n перехода составляет Ep-n ≈ 108 B/м, что

обеспечивает очень высокий потенциальный барьер. Основные носители заряда не могут

преодолеть этот потенциальный барьер, но за счёт малой его ширины как бы механически

пробивают в нём тоннели, через которые проходят другие носители зарядов.

Следовательно, свойство односторонней проводимости на p-n переходе при тоннельном эффекте отсутствует, а ток через p-n переход будет иметь три составляющие:

I = Iт.пр. – Iт.обр. + Iпр.,

где Iт.пр. – прямой тоннельный ток, за счёт прохождения зарядов через тоннели при прямом

включении;

Iт.обр. – обратный тоннельный ток, тот же самый, что и прямой, но при обратном включении;

Iпр. – прямой ток проводимости. Вызван носителями заряда, преодолевающими потенциальный барьер при относительно высоком прямом напряжении.

Вольтамперная характеристика p-n перехода при тоннельном эффекте будет иметь вид, изображённый на рисунке 23.

На участке АВ прямой тоннельный ток уменьшается за счёт снижения потенциального барье-

ра и в точке В он становится равным нулю, а ток проводимости незначительно возрастает. За

счёт этого общий ток на участке АВ уменьшается. Особенностью тоннельного эффекта является то, что на участке АВ характеристики имеет место отрицательное динамическое сопротивление.

Тоннельный эффект применяется в тоннельных диодах, которые используются в схемах генераторов гармонических колебаний и как маломощные бесконтактные переключающие устройства.

Эффект Гана

Эффект Гана проявляется в полупроводниках n-типа проводимости в сильных электрических полях.

\

Участок ОА – линейный участок, на котором соблюдается закон Ома. Участок АВ – при сравнительно больших напряжённостях электрического поля уменьшается подвижность электронов (показывает, как легко электроны проходят сквозь кристаллическую решётку проводника)

за счёт увеличения амплитуд колебания атомов в узлах кристаллической решётки. И за счёт

этого рост тока замедляется. Участок ВС – сильное уменьшение подвижности электронов, что

приводит к уменьшению тока. Участок CD – при очень больших напряжённостях значительно

увеличивается генерация носителей зарядов и, хотя подвижность электронов уменьшается, ток

возрастает за счёт увеличения количества зарядов.

Сущность эффекта Гана состоит в том, что если в полупроводнике создать напряжённость

электрического поля, большую Екр, но меньшую Епор, т. е. на участке ВС характеристики, то

в полупроводнике возникнут электрические колебания сверхвысокой частоты (СВЧ).

Эффект Гана применяется в диодах Гана, которые используются как маломощные генераторы

СВЧ.

Эффект Холла

Эффект Холла проявляется в полупроводниках n-типа проводимости с протекающими через

них токами и помещёнными в магнитное поле.

На движущиеся электроны в полупроводнике будет действовать сила Лоренца F, под действием которой электроны будут отклоняться к дальнему краю пластинки (смотри рисунок 25),

следовательно, там будет сгущение электронов, а около переднего края – недостаток их.

Поэтому между этими краями возникнет ЭДС, которая называется ЭДС Холла.

Эффект Холла применяется в магнитометрических датчиках.

Полупроводниковые приборы

Устройство, классификация и основные

параметры полупроводниковых диодов