* Данный текст распознан в автоматическом режиме, поэтому может содержать ошибки
64 Электронные лампы и транзисторы [гл. 2 электрическое поле, что ведет к смещению со седних электронов, образующих ковалентные связи, и что в свою очередь ослабляет поле. При комнатных т е м п е р а т у р а х тепловая энергия лишних валентных электронов достаточно вы сока, так что ослабленная сила п р и т я ж е н и я ато ма примеси недостаточна, чтобы удержать пя тый валентный электрон. Примеси, атомы ко торых отдают свои валентные электроны, на зывают д о н а т о р а м и , а германий, содер жащий донаторные примеси, называют г е р м а н и е м т и п а я , так к а к он обладает элек тронной проводимостью. Е с л и к кристаллическому германию до бавить определенное количество индия или гал л и я , которые имеют только три валентных электрона, то эти валентные электроны т а к ж е вступят в ковалентные связи с валентными электронами о к р у ж а ю щ и х атомов германия. О д н а к о в этом случае одна из четырех ковалентных связей, соединяющих атом индия или гал л и я с четырьмя окружающими атомами герма н и я , останется незаполненной. Валентный элек трон атома германия, находящегося в каком-то другом месте кристаллической решетки, может заполнить эту неполную с в я з ь , оставив на своем месте дырку. При этом атом индия или г а л л и я получает отрицательный з а р я д , равный з а р я д у электрона. Ковалентные связи с соседними электронами смещаются так, что результирую щее электрическое поле ослабляется и при ком натной температуре сила поля недостаточна, чтобы притянуть дырки, образованные в гер мании. Примеси, которые создают недостаток электронов в кристалле, называют а к ц е п т о р а м и , а германий, содержащий акцептор ные примеси, называют г е р м а н и е м типа р , так к а к он обладает дырочной проводимостью. Содержание примесей к а к в германии типа я , так и в германии типа ρ весьма мало, всего около I O атом/см*. Э л е к т р о н н о - д ы р о ч н ы й пере х о д (р-п). Если создать контакт между гер манием типа ρ и германием типа л, то образу ется так называемый электронно-дырочный переход (р-л-переход). Такой переход обладает выпрямительными свойствами, т. е. величина тока, протекающего через переход, зависит от полярности приложенного к переходу н а п р я ж е ния. Германий типа ρ содержит положительно з а р я ж е н н ы е дырки, которые могут свободно перемещаться, и неподвижные отрицательно з а р я ж е н н ы е атомы акцептора. Германий типа η содержит свободные электроны и неподвиж ные положительно з а р я ж е н н ы е атомы дона тора. Кристаллы германия т и п а ρ и германия типа η электрически нейтральны, так как поло жительные и отрицательные заряды в к а ж д о м из них уравновешивают д р у г друга. Однако при наличии контакта между ними свободные электроны диффундируют в область р , а дыр ки — в область п. Т а к а я диффузия приводит к тому, что дырочная область з а р я ж а е т с я от рицательно, а электронная — положительно. Это иллюстрируется рис. 2-67, В результате между электронной и дырочной областями устанавливается некоторая разность потенциа л о в (или потенциальный барьер), которая пре пятствует диффузии и з а с т а в л я е т электроны 16 области η и дырки области ρ у д а л я т ь с я от пере хода. Таким образом, избыточный з а р я д в каж дой области концентрируется вблизи перехода. Тепловая энергия дырок и электронов доста точна, чтобы заставить некоторое количество дырок в области ρ преодолеть потенциальный ©©θ© ©тэф® ©φθ© Φ θ~θ θ isßßQ ißwm I Рис. 2-67. Р а с п р е д е л е н и е з а р я д о в в э л е к т р о н н о - д ы р о ч ном п е р е х о д е (р-п) в с о с т о я н и и р а в н о в е с и я . а — р а с п р е д е л е н и е з а р я д о в при о т с у т с т в и и п е р е х о д а ; б — р а с п р е д е л е н и е з а р я д о в при наличии п е р е х о д а ; в — п о т е н ц и а л э л е к т р о с т а т и ч е с к о г о поля у п е р е х о д а ; г — р а с п р е д е л е н и е плотности з а р я д а у п е р е х о д а . барьер у перехода и перейти в область η и соот ветствующее количество электронов из области η перейти в область р . Эти электроны и д ы р к и двигаются в новых для них областях в течение какого-то п р о м е ж у т к а времени, называемого в р е м е н е м ж и з н и , и затем соединяются с зарядами противоположного з н а к а . Однако з а счет тепловой энергии происходят непрерыв ное образование пар д ы р к а — э л е к т р о н в обеих областях и обратный переход электронов и ды рок соответственно в область л и в область ρ в ре зультате их теплового движения и действия ускоряющего поля потенциального б а р ь е р а . Т а к и м образом, ток диффузии и ток проводи мости компенсируются. При любой температуре образование и рекомбинация пар д ы р к а — э л е к трон уравновешены и соответствующая концен трация дырок и электронов в материале опре деляется величиной тепловой энергии. Если к германию типа η подвести плюс, а к германию типа ρ минус от внешнего источника н а п р я ж е н и я , то потенциальный барьер между электронной и дырочной областями увеличится. Количество электронов, переходящих в об ласть р , и дырок, переходящих в область л, т. е. прямой ток / , уменьшается. Обратный ток / за счет электронов, переходящих в область л, и дырок, переходящих в область р , остается практически постоянным. Внешнее напряжение такой полярности называется о б р а т н ы м н а п р я ж е н и е м . При некоторой величине обратного н а п р я ж е н и я прямой ток / умень шается до н у л я , а обратный ток / б остается без изменения. Т а к и м образом, во внешней цепи установится небольшой ток постоянного значения. Если п р и л о ж и т ь к переходу π ρ я м о е н а п р я ж е н и е , т. е. к германию типа ρ подвести плюс, а к германию типа л минус, то количество электронов, переходящих в область р , и дырок, переходящих в область л, сильно увеличится. При этом обратный ток / б оста ется почти без изменения. По мере увеличения прямого н а п р я ж е н и я величина общего тока / — / б р возрастает по экспоненциальному з а к о н у . Изменение потенциального барьера р-я-перехода в зависимости от полярности внешп р о 6 р п р 0 р 0 р п р 0