Задан полупроводниковый материал: германий и полупроводниковый прибор: тиристор.
Требуется:
1. Дайте определение полупроводника.
2. Приведите классификацию полупроводниковых материалов.
3. Указать, от каких факторов зависит электропроводность полупроводников.
4. Кратко описать заданный материал, укажите области его использования.
5. Указать назначение полупроводникового прибора, опишите принцип его действия.
6. Указать полупроводниковые материалы, используемые в данном приборе.
Также дан прямоугольный образец вырожденного полупроводника типа n с размерами a×b×h=2,5×30×1,00 мм, помещенный в магнитное поле с индукцией B=0,7 Тл. Вектор магнитной индукции перпендикулярен плоскости образца. Вдоль полупроводника приложено напряжение U=0,45 В, под действием которого протекает ток I=25 мА. Вольтметр показывает напряжение Холла Uх=6,5 мВ.
Требуется:
7. Найти удельную проводимость, подвижность и концентрацию носителей заряда этого полупроводника, полагая, что электропроводность обусловлена только основными носителями заряда.
Решение
Полупроводниками называют вещества, значения удельного сопротивления которых при нормальной температуре находятся между значениями удельного сопротивления проводников и диэлектриков (в диапазоне 103 – 1010 Ом·см). Основным свойством полупроводника является зависимость его электропроводности от воздействия температуры, электрического поля, излучения, механической энергии.
Полупроводники в отличие от проводников имеют отрицательный температурный коэффициент удельного сопротивления, проводимость полупроводников с увеличением температуры увеличивается экспоненциально. В зависимости от наличия примесей различают собственные и примесные полупроводники.
Электропроводность полупроводников зависит от следующих факторов:
Влияние тепловой энергии. Температурная зависимость удельной проводимости полупроводника есть результат изменения концентрации и подвижности носителей заряда. В области низких температур полупроводник характеризуется примесной электропроводностью, а в области высоких – собственной электропроводностью.
Влияние деформации. Вследствие увеличения или уменьшения межатомных расстояний, происходит изменение концентрации и подвижности носителей, следовательно, изменяется и электропроводность.
Величина, численно характеризующая изменение удельной проводимости полупроводников, - тензочувствительность.
Влияние света. Световая энергия, поглощаемая полупроводником, вызывает появление в нем избыточного (по сравнению с равновесным при данной температуре) количества носителей зарядов, приводящего к возрастанию электропроводности.
Электромагнитное излучение. Под его воздействием электрическая проводимость увеличивается – фотопроводимость.
Сильные электрические поля. Под его влиянием проводимость увеличивается. Обуславливается это ростом числа носителей заряда, так как под влиянием поля они легче освобождаются тепловым возбуждением. При дальнейшем росте поля может появиться механизм ударной механизации, иногда приводящий к разрушению структуры проводника.
Содержание германия в земной коре невелико, около 7 10-4%. В результате химической переработки исходного сырья образуется тетрахлорид германия, который путем дальнейших операций переводят в диоксид германия (GeO2) – порошок белого цвета. Диоксид германия восстанавливается в водородной печи при температуре 650-700 °С до элементарного германия, представляющего собой серый порошок. В некоторых случаях порошок германия получают непосредственно из GeCl4 путем разложения этого соединения при высокой температуре в атмосфере паров цинка
. Порошок германия подвергают травлению в смеси кислот и сплавляют в слитки. Слитки германия используют в качестве исходного материала для получения особо чистого германия методом зонной плавки или же для непосредственого получения монокристаллов методом вытягивания из расплава ( метод Чохральского ).
При плавлении удельная проводимость германия возрастает скачком примерно в 13 раз. При дальнейшем нагреве удельная проводимость сначала почти не изменяется, а начиная с температуры 1100°С – падает. В момент плавления германия происходит увеличение его плотности на 5-6 %. Максимум фотопроводимости достигается при l » 1,5 мкм в области инфракрасной части спектра.
Германий применяется для изготовления выпрямителей переменного тока различной мощности, транзисторов разных типов. Из него изготовляются преобразователи Холла и другие ,применяемые для измерения напряженности магнитного поля, токов и мощности, умножения двух величин в приборах вычислительной техники и т. д. Оптические свойства германия позволяют использовать его для фототранзисторов и фоторезисторов, оптических линз с большой светосилой ( для инфракрасных лучей), оптических фильтров, модуляторов света и коротких радиоволн. Германий используется для изготовления счетчиков ядерных частиц. Рабочий диапазон температур германиевых приборов от – 60 до + 70 °С; при повышении температуры до верхнего предела прямой ток, например у диодов, увеличивается почти в два раза, а обратный – в три раза. При охлаждении до – 950-60)°С прямой ток падает на 70 –75 %.
Тиристором называется полупроводниковый прибор, имеющий два состояния: открытое (пропускает ток в одном направлении); закрытое (не пропускает ток).
Состоит этот полупроводниковый прибор из 4 слоев (областей) полупроводника (в большинстве случаев – кремния) с различной проводимостью и имеет структуру p-n-p-n.
Рисунок 6.1. Динистор
Такой тиристор называется динистором (диодный тиристор). Подобно диоду он имеет два вывода и отпирается напряжением определенного уровня, приложенным в прямом направлении к аноду и катоду.
Более распространен триодный тиристор – тринистор. Он имеет ту же структуру, но с дополнительным выводом – управляющим электродом (УЭ). Все операции с тринистором производятся посредством УЭ.
Рисунок 6.2
Задать вопрос
на новый заказ в Автор24.
