Суббота, 18.05.2024
Мой сайт
Меню сайта
Статистика

Онлайн всего: 2
Гостей: 2
Пользователей: 0
Главная » 2019 » Июль » 12 » Кремний в диодах и транзисторах
18:28
Кремний в диодах и транзисторах

Кремний в диодах и транзисторах

Вначале про сам кремний. Первое, что про него вспоминается это огниво. Это тот самый очень твёрдый камень, которым надо было стукнуть по железке, чтобы из неё полетели искры. Т.е тут физическая прочность, означающая прочность химических связей.
И с химической прочностью тут всё очень хорошо. Растворение оксида (SiO2) в стекле:
https://akostina76.ucoz.ru/blog/2018-03-14-4899

… потребовало очень серьезных химических усилий. Для сравнения CO2 (оксид углерода - на строку выше в таблице Менделеева) очень много с чем вступает в реакцию.
Расположение в таблице:

Из сплава (точнее, наверное, кристалла) кремния и алюминия получаются полупроводники дырчатого P-типа. А из соединения того же кремния с соседом справа (фосфором) получаются полупроводники P-типа, т.е с избытком электронов.
Вот так выглядят атомы этих элементов:
 

Al

Si

P

 

Первое, что тут бросается в глаза – постепенное увеличение числа валентных (создающий связи) электронов на 3-м уровне. Сразу понятно, что если основной материал кремний, то при соединении а алюминием одного электрона будет не хватать (дырка), а при соединении с фосфором он будет лишний (электронный тип полупроводника).
Второе что видно и понятно – все элементы не металлы. У металлов металлический тип химической связи. Они держатся за счёт находящихся далеко от ядра и потому слабо к нему прицепленных электронов d-орбитали. Общие электроны болтаются по куску материала и притягиваются к ядрам. Здесь же явно какие-то другие процессы будут происходить даже если и вылетит какой-то электрон из кристаллической решётки. 
Схемы кристаллических решёток полупроводников:
 

P-тип (Si+Al) - дырка

N-тип (Si+P) - электрон

 У основного материала кремния 4 электрона, которые куда-то надо прицепить. А у алюминия их только три. Его втыкают в кристалл кремния и он там как-то тремя связями держится. Но при этом в орбитали остаётся свободное место (т.е дырка).
С фосфором наоборот. Он воткнут туда, где 5-му электрону некуда цепляться. Потому он и начинает «бродить» по куску кристалла.
Теперь самое время вспомнить, что атом это положительно заряженное ядро и вращающиеся вокруг него отрицательно заряженные электроны. Причём заряд ядра (положительный) равен суммарному заряду электронов (отрицательному). В сумме получается ноль, т.е нечто нейтральное, где бы ни болтались эти электроны внутри материала.
В отдельных полупроводниках разного типа именно так:

Если же их соединить вместе, то электроны из N-проводника переместятся в дырки P-проводника, просто потому что там есть для них место:

Но атомы со своим положительным зарядом при этом никуда не двигались. Переместились только электроны с отрицательным. Потому там, куда они переместились отрицательного заряда стало слишком много ( в P-проводнике). А там, откуда они ушли (N – проводник) положительного заряда ядер стало больше чем отрицательного оставшихся электронов.
В итоге возникла батарейка – диполь с отрицательным P-концом и положительным N-концом. Довольно интересна она своей неисчерпаемостью. Подключение батарейки или конденсатора к сети приводит к тому что и то и другое разряжается. А тут конструкция почему-то стабильна. Могу предположить, что кроме механической и химической прочности тут есть ещё и своеобразная электрическая прочность. Т.е не так просто выдернуть эти пусть и формально свободные электроны из такого материала.
Простейшее применение всего этого - диод:

Плюсу подаваемому на анод полагается отталкиваться от плюса и притягиваться к минусу этой «батарейки»). Когда плюс подключен к аноду он не сопротивляется току (потому что на нём тот самый нужный минус). Если же прицепить диод обратной стороной, то что-то будет просачиваться через его поле, но очень немногое и с очень большим трудом.
Транзистор я нарисую NPN-овский. Не потому, что такой у Гололобова, а потому что управляющее воздействие в базу выглядит как-то интуитивнее.
В неподключенном состоянии:

Убежавших с N-концов электронов хватило для того чтобы на концах возникли плюсы, а на базе минус.
Если подключить:

… то во-первых ток через базу в эмиттер пройдёт так же свободно как и через диод. Во-вторых, ток, как вода, протечёт в каких-то количествах туда, куда вообще можно протечь. Т.е и направо в коллектор. И этого будет достаточно чтобы суммарный заряд электронов там сравнялся с зарядом ядер и возник 0, не препятствующий проходу тока от коллектора к эмиттеру.
Наверное, как-то так это происходит.
Могу предположить, что уместно говорить не столько об отношении токов базы и коллектора-эмиттера (h), сколько о токе базы достаточном для того чтобы заполнить все дырки и открыть транзистор.
Ещё, возможно, большее напряжение (как скорость потока реки) открывает транзистор раньше. Может быть быстрые электроны быстрее просачиваются направо (и заполняют все дырки) преодолев тамошние сопротивления.
Можно поэкспериментировать с моделированием (так это или нет).
Пока же осторожно предположу, что сжечь транзистор большим током базы нельзя. А вот слишком большой ток коллектор – эмиттер (т.е открытого транзистора)  или слишком большое напряжение (там же) может всё-таки покорёжить прочную структуру кристалла (хоть за счёт тепла), потому на них есть ограничения.

Просмотров: 172 | Добавил: akostina76 | Рейтинг: 0.0/0
Всего комментариев: 0
Имя *:
Email *:
Код *:
Форма входа
Поиск
Календарь
«  Июль 2019  »
ПнВтСрЧтПтСбВс
1234567
891011121314
15161718192021
22232425262728
293031
Архив записей
Друзья сайта
  • Официальный блог
  • Сообщество uCoz
  • FAQ по системе
  • Инструкции для uCoz
  • Copyright MyCorp © 2024
    Бесплатный конструктор сайтов - uCoz