Электроника шаг за шагом [Практическая энциклопедия юного радиолюбителя]

Положительный заряд атома, который появляется из-за того, что на внешней орбите не хватает электрона, называют «дыркой». В полупроводниках дырки ведут себя подобно свободным электронам — они хаотически перемещаются по кристаллу, а под действием приложенного напряжения сразу же включаются в электрический ток, упорядоченно смещаются, но уже, конечно, от «плюса» к «минусу» (Р-77;2,6). Как принято говорить, дырки создают в полупроводнике р — проводимость (р — первая буква слова positivus — положительный; этим подчеркивается, что ток создают свободные положительные заряды, дырки).

В чистом, натуральном полупроводнике число свободных электронов и свободных дырок одинаково, в этих полупроводниках в равной мере существует электронная и дырочная проводимость. Но с помощью определенных примесей можно нарушить это равенство и создать полупроводники с сильным преобладанием электронной или дырочной проводимости, полупроводники n-типа и р-типа.

Т-129. Донорная примесь резко увеличивает число свободных электронов, создает n-проводимость. Алмазоподобные кристаллы отличаются весьма устойчивой структурой, в них трудно нарушить красивую симметричную систему межатомных связей. Образно говоря, в алмазоподобных кристаллах действует правило: «Структура важнее всего».

Представьте себе, что в расплавленный германий или кремний во время их кристаллизации вводят небольшое количество мышьяка, у атомов которого на внешней орбите пять электронов (Р-78;5). Атом мышьяка займет место в кристаллической решетке — а куда ему еще деваться! — но при этом он вынужден будет выбросить со своей внешней орбиты один электрон. Потому что алмазоподобная структура требует, чтобы каждый атом установил связь только с четырьмя соседями — структура важнее всего. Таким образом, с добавлением мышьяка в кристаллической решетке появится некоторое количество неподвижных положительных ионов — атомов мышьяка с недостающими электронами, а в межатомном пространстве при этом, естественно, появится такое же количество свободных электронов. Германий (кремний) превратится в полупроводник n-типа.

Мышьяк и другие примеси, благодаря которым в полупроводнике появляется заметное количество свободных электронов, называют донорами (дающими), имея в виду, что они как бы отдают полупроводнику свои электроны, создают в нем электронную проводимость.

Т-130. Акцепторная примесь резко увеличивает количество дырок, создает р-проводимость. А теперь добавим в германий или кремний некоторое количество индия, в атомах которого на внешней орбите всего три электрона (Р-78;6). Индий, как и мышьяк, займет место в кристаллической решетке, ему тоже больше некуда деваться. И индий тоже должен установить связь с четырьмя своими соседями. Поэтому при первой же возможности атом индия заберет у соседнего атома германия (кремния) один электрон, добавит к своим трем и превратится при этом в отрицательный ион. А атом германия, у которого индий увел электрон, станет обычной дыркой. Таким образом, с добавлением индия в германий (кремний) в нем появится некоторое количество неподвижных отрицательных ионов и такое же количество свободных положительных зарядов — дырок. Германий (кремний) станет полупроводником с р-проводимостью.

Индий и другие подобные примеси называют акцепторами (отбирающими), имея в виду, что они отбирают у атомов полупроводника электроны, превращают эти атомы в дырки, создают в полупроводнике дырочную проводимость.

Т-131. Полупроводниковый диод — прибор с двумя примыкающими зонами разной проводимости. На пути к транзистору мы познакомимся еще с одним полупроводниковым прибором — диодом. Это знакомство необходимое, даже неизбежное — транзистор, по сути дела, представляет собой два полупроводниковых диода, соединенных в одном кристалле. И в то же время знакомство с диодом имеет и свое собственное важное значение. Полупроводниковый диод — прибор больших возможностей, он находит широкое применение в электронной аппаратуре.

Приставка «ди» в слове «диод» означает «два», она указывает, что в приборе имеются две основные «детали», два тесно примыкающих один к другому полупроводниковых кристалла (Р-79;1,2): один с р-проводимостью (это зона р), другой — с n-проводимостью (это зона n). Фактически же полупроводниковый диод — это один кристалл, в одну часть которого введена донорная примесь (зона n), в другую — акцепторная (зона р).

К зоне р и к зоне n (иногда говорят не «зона», а «область») тем или иным способом присоединены проводники, выводы диода, с помощью которых он соединяется с внешним миром, включается в электрическую цепь.

Р-79