Полупроводниковые электрические приборы

Полупроводниковыми называются приборы, работа которых основана на электронных процессах, возникающих в полупроводниках. В самих полупроводниках обычно свободных электронов очень мало, в связи с этим собственная проводимость невелика. В случае, когда в полупроводники вводятся какие-либо примеси, возникает дополнительная примесная проводимость, которая обуславливает силу тока.

Полупроводники бывают n-типа и р-типа. В полупроводниках первого типа содержатся такие примеси, атомы которых легко отдают свои электроны, тем самым увеличивая число свободных электронов в полупроводнике. В полупроводниках второго типа примеси способствуют образованию дырок, увеличивая дырочную проводимость. То есть можно сказать, что полупроводники бывают с электронной и дырочной проводимостью.

Если изготовить сплав из полупроводников разных типов, то на границе спая образуется р-n-переход. В случае прямого подключения такого полупроводника к электрической цепи (p-тип к положительному полюсу, а n-тип — к отрицательному), его проводимость будет высокой, а сопротивление — небольшим. При обратном включении (p-тип к отрицательному, а n-тип — к положительному) ток будет минимальным из-за большого сопротивления р-n-перехода.

Полупроводниковые приборы, преобразующие электрическую энергию и имеющие один р-n-переход и два вывода, называются диодами. Обычно диоды изготавливаются из германия, кремния и арсенида галлия. По назначению их подразделяют на выпрямительные, детекторные, переключательные, стабилизаторы напряжения, или стабилитроны.

Полупроводниковые выпрямители надежны в работе, имеют длительный срок службы. Их большим минусом является то, что они имеют ограничения по температуре, т. е. работают в интервале от -70 до +125 °C.

Если полупроводник осветить большим количеством света, то его электрическая проводимость возрастет в разы. Это произойдет за счет разрыва связей и образования свободных электронов и дырок. Такое явление называется фотоэлектрическим эффектом. Приборы, действие которых основано на фотоэлектрическом эффекте, называются фоторезисторами или фотосопротивлениями. Положительными качествами фоторезисторов являются миниатюрность размеров, высокая чувствительность при замерах и т. д. Эти качества дают возможность использовать данные устройства во многих областях науки и техники для учета и измерения слабых световых потоков. Фоторезисторы применяют для определения качества поверхностей, контроля размеров изделий и пр. Они представляют собой полупроводниковый прибор с двумя р-n-переходами. Для пояснения принципа работы рассмотрим один из видов транзисторов, изготовленный из германия или кремния с добавлением донорных и акцепторных примесей. Примеси распределены таким образом, что между двумя слоями полупроводника p-типа возникает очень тонкая прослойка полупроводника n-типа.

Вышеуказанная тонкая прослойка называется основанием или базой. В полупроводнике образуются два р-n-перехода, прямые направления которых противоположны. Наличие трех выводов от областей с разными типами проводимости дает возможность использовать транзисторы во многих электрических схемах. В настоящее время транзисторы очень широко распространены в радио- и электротехнике.