Без полупроводников невозможно было бы создать вычислительную технику (например, компьютеры или те же смартфоны).
Широко используемым материалом для производства полупроводниковых элементов является кремний.
Однако в чистом виде кремний плохо проводит электрический ток. Это можно исправить, если изменить его кристаллическую решетку путем легирования.
Таким образом, в современной радиоэлектронике встречается несколько видов кремния для полупроводников.
Кремний, легированный фосфором, называются полупроводником N-типа, а кремний, легированный алюминием — полупроводником P-типа.
Принцип работы диода
Если соединить два типа полупроводников вместе, то на граница материалов свободные электроны атома фосфора перекочуют к вакантным местам у атомов алюминия. В результате на границе полупроводников получится обедненный слой.
Кристаллическая решетка напоминает чистый кремний: нет дырок и свободных электронов. Поэтому слой и называется обедненным.
Если подать ток через эту конструкцию и «+» источника питания подключить к полупроводнику n-типа, а «—» к полупроводнику p-типа, то свободные электроны из атомов фосфора начнут притягиваться к плюсу питания.
При этом носители положительного заряда будут смещаться к «—» и обедненная область на границе двух полупроводников будет расширяться. В результате ток не будет протекать.
Если же изменить полярность питания и подать напряжение от 0,7 V, то электроны смогут упорядоченно двигаться в цепи, что и является течением электрического тока.
Конструкция из двух типов кремния является самым обыкновенным кремниевым диодом с p-n переходом: в одну сторону ток течет, в другую — нет.
Принцип работы транзистора
Что касается транзисторов с маркировкой npn, то они состоят из последовательно расположенных полупроводников n-типа, p-типа и n-типа.
Если в наглую попытаться пропустить ток через весь транзистор, то ничего не получится, потому что один из pn переходов будет мешать это сделать. Причем полярность роли не играет.
Однако, если подключить еще один источник питания положительным полюсом к полупроводнику p-типа, а отрицательным к левому полупроводнику n-типа, то свободные электроны из левой области устремятся ко второму источнику питания.
Но поскольку область полупроводника p-типа очень тонкая, часть электронов уйдет ко второму источнику питания, а остальные электроны остаются в области полупроводника p-типа, подобно свободным электронам в области правого полупроводника n-типа.
В результате смежные области получаются как один материал. Раз кристаллическая решетка одинаковая, то электроны без преодоления потенциального барьера движутся по цепи.
Если увеличить ток во второй управляющей цепи, то в область центрального полупроводника p-типа перескочит еще больше электронов с левой n-области. Свободные электроны под воздействием основного источника питания будут двигаться дальше.
Таким образом, при увеличении силы тока в управляющей цепи, прямо пропорционально возрастает поток электронов (ток в основной цепи). Вот вам и принцип работы транзисторов npn типа.
Как вам статья?
