Полупроводники. Диоды и транзисторы

Есть вещества, которые пропускают электрический ток – проводники и вещества, не пропускающий электрический ток – диэлектрики.

У проводников молекулы и атомы устроены таким образом, что электроны находятся в «свободном» состоянии, т.е., не «привязаны» к одному и тому же месту.

Когда же мы прикладываем электрическое поле, электроны начинают движение – начинает течь электрический ток.

У диэлектриков картина иная – электроны жестко привязаны к своим «хозяевам», поэтому «сдвинуть» их с места тяжело.

Полупроводики - это вещества и материалы, которые вроде проводят электрический ток, а вроде и не проводят.

Ядро атома, и электроны, вращающиеся вокруг ядра, являются заряженными частицами. Причем, ядро заряжено положительно, а электроны несут отрицательные заряды. Количества положительных и отрицательных зарядов равны.

Полупроводники устроены таким образом, что если до этого полного комплекта атому недостает одного-двух электронов, он их охотно «присвоит».

А если на наружной орбите электронов «мало», то атом «предпочтет отпустить их на свободу», превратившись в так называемый положительный ион.

В зависимости от того, «отпускает» ли атом электрон или, напротив, забирает его себе, полупроводники делятся на 2 типа: n-полупроводники и p-полупроводники.

Когда атомы полупроводника «отпускают» электроны, то именно эти электроны при своем движении образуют ток.

Это – n-полупроводники (от negative – отрицательный, т.к. заряд электрона отрицателен).

« Забрав» электрон, атом становится нейтральным, количество положительных и отрицательных зарядов уравновешивается.

Но ведь откуда-то этот электрон был забран, значит в том месте, где был этот забранный электрон, заряда стало не хватать, баланс нарушен, и атом с «похищенным» электроном будет уже не нейтральным, а положительно заряженным.

Образовалась так называемая «дырка», причем положительно заряженная. Эти «дырки» и становятся носителем тока.

Такие «дырочные» полупроводники называются p-полупроводниками (от positive – положительный).

Диод

Когда мы берем два разных полупроводника (p- и –n) и соединяем их вместе, то получаем устройство, называемое диодом.

Диод интересен тем, что пропускает ток только в одном направлении.

Это можно объяснить так: когда мы прикладываем плюс к p-полупроводнику, а минус – к n-полупроводнику, то свободные положительные заряды (дырки) устремляются к минусу, а отрицательные (электроны из n-части) – к плюсу. Т.е. все заряды устремляются в нужную им сторону, что проявляется образованием электрического тока (рис. 121а).

а)                                            б)

Рис.121. Схема устройства диода

Если же изменить полярность, тогда немногочисленные «дырки» (p) оттянутся к минусу, а свободные электроны (n) – к плюсу. При этом на границе p-n-перехода возникнет потенциальный барьер, который не даст возможности зарядам зарядам «течь» (рис.121б).

Рис. 122. Прямое и обратное включение диода

Изображение диода на схеме похоже на стрелку, указывающую, куда должен течь электрический ток.