Характерным признаком полупроводников является существенный рост проводимости в случае повышения температуры, им присущ отрицательный температурный коэффициент сопротивления. В отличие от проводников с повышением температуры их сопротивление не увеличивается, а уменьшается по экспоненциальному закону. Именно данное свойство таких веществ и лежит в основе их широкого применения в различных областях науки и техники.
Полупроводниковые диоды
Контакт двух полупроводников с р-n переходом имеет одностороннюю проводимость, благодаря чему он применяется в электро- и радиоустановках для выпрямления переменного тока:
Такие системы называют диодом.
По конструкции они делятся на точечные и плоскостные. Первые благодаря малой емкости контактного слоя могут использоваться для выпрямления высокочастотных переменных токов, а вторые – для выпрямления переменных токов питания различных установок значительных мощностей.
Для изготовления полупроводниковых диодов применяется особая технология. Она должна обеспечивать толщину р-n перехода не больше, чем межатомные расстояния в веществе. Этого нельзя достичь способом механического соединения двух разнотипных полупроводников. Для такого соединения пользуются вплавлением одного полупроводника в другой:
Например, на германиевую пластинку n-типа проводимости впаивают кусочек индия. При этом атомы индия диффундируют в глубь пластинки и образуют область с проводимостью p-типа. Так возникает р-n переход. В таком диоде германий служит катодом, а индий – анодом.
Особенности диодов-выпрямителей
Среди различных выпрямителей существенные преимущества имеют германиевые диоды, их КПД достигает 98-99%, тогда как в ртутных – 80-86, селеновых – 75-80%. Они допускают очень большую плотность тока – 1 А/см2, почти в тысячу раз больше, чем селеновые выпрямители. Благодаря этому германиевая пластинка размерами в пятикопеечную монету может выпрямлять ток мощностью в несколько киловатт. Правда, эти качества германиевого выпрямителя лучше всего проявляются при сравнительно малых напряжениях – до 100 В (и при температурах, не превышающих 350 К).
Главной составляющей таких мощных выпрямителей является небольшой диск монокристаллического германия с электронной проводимостью. С одной стороны к нему припаяна пластинка спектрально чистого индия толщиной 0,2-0,3 мм, а с другой – еще более тонкая пластинка из олова. Проходное направление тока – от индия к олову. В основном такие полупроводниковые диоды соединяют между собой (последовательно и параллельно) в батареи выпрямителей.
В селеновых выпрямителях анодом является стальная или алюминиевая пластинка, покрытая слоем кристаллического селена (р-полупроводник), катодом – слой сплава Вi-Cd-Sn (или другого сплава). Запорный слой образуется между селеном и сплавом. Проходное направление тока – от селена к сплаву.
Статья по физике на заказ от проверенных исполнителей!
Комментарии