Беседы об информатике

Обедненный слой электрического тока не проводит. Он представляет, собой изолятор. Но есть у него интересное свойство. Предположим, что некоторый электрон направляется (мы снова допускаем языковую вольность, но что делать, когда нет слов) из нижней половины пластины в верхнюю. Он мог бы и перепрыгнуть через обедненный слой, но этому препятствует потенциальный барьер. Грубо говоря, электрон отталкивается от отрицательного заряда обедненного слоя.

Иначе обстоит дело с электроном, направляющимся сверху вниз, из дырочной области в электронную. Мы забыли сказать, что диффузия электронов в обедненный слой сопровождается не только тем, что обедненный слой заряжается отрицательно. Уходя из электронной части пластины, электроны оставляют там нескомпенсированные положительные электрические заряды. Движущийся сверху вниз электрон притягивается к этим зарядам и легко минует обедненный слой. Все сказанное справедливо и для дырок. Дырка, направляющаяся сверху вниз (мы имеем в виду структуру, показанную на рис. 7) отталкивается от положительного заряда электронной части пластины. Дырка, движущаяся снизу вверх, свободно минует обедненный слой.

Электроны и дырки в полупроводниках принято называть носителями — они как бы переносят электрический ток. Электроны в электронном полупроводнике называют основными носителями. Аналогичным образом основными носителями называют дырки в дырочном полупроводнике. Наоборот, дырки в электронном полупроводнике и электроны в дырочном полупроводнике называют неосновными носителями. С учетом подобной терминологии всё сказанное формулируется в виде следующего утверждения: обедненный слой p-n-перехода непроницаем для основных носителей и проницаем для неосновных носителей.

Кое-что начало проглядываться. Мы получили структуру, которая может быть проницаемой или непроницаемой для электрического тока, и при этом не нужно ничего перетаскивать с места на место. Но как реально использовать обнаруженное свойство?

Транзисторы

На рисунке 6 показана в разрезе полупроводниковая пластина, содержащая донорную примесь и, следовательно, представляющая собой электронный полупроводник. Мы пометили ее буквой n, потому что английское слово «negative», то есть «отрицательный», соответствует заряду электрона. Какие операции были проделаны с этой пластинкой? Пластинку поместили в печь, но предварительно прикрыли ее поверхность металлической фольгой с круглым отверстием. После этого печь заполнили парами алюминия и нагрели до температуры чуть больше тысячи градусов Цельсия. Атомы алюминия внедрились в материал пластинки и образовали в нем область дырочного полупроводника, который обозначили буквой p, имея в виду, что это первая буква английского слова «positive», что значит «положительным». Граница между областью p и остальной частью пластины помечена на нашем рисунке цифрой 1.

Рис. 6.

Затем снова прикрыли поверхность пластины металлической фольгой с отверстием на сей раз меньшего диаметра. Снова поместили пластину в печь, заполненную парами сурьмы. Разогрели печь и получили в пластине еще одну область с преимущественным содержанием донорной примеси, то есть область электронного полупроводника. Граница между этой областью и остальной структурой помечена на рисунке цифрой 2. Кроме того, в местах, отмеченных штриховкой, укрепили металлические электроды.

Каковы свойства полученной структуры? Рассмотрим электрическую цепь между выводами, помеченными буквами Б и К (база и коллектор). Части структуры, к которым подключены эти выводы, разделены обедненным слоем, простирающимся вдоль границы 1. Следовательно, выводы Б и К подобны разомкнутым контактам. Правда, если между точками Б и К приложить внешнюю разность потенциалов, численно равную или большую, чем потенциальный барьер, и направленную противоположно потенциальному барьеру, то есть плюсом к выводу Б, потенциальный барьер по обе стороны обедненного слоя окажется разрушенным. Но для простоты мы не станем рассматривать этот случай. Нам достаточно, что при нулевой разности потенциалов между точками Б и К или при разности потенциалов любой величины, но приложенной плюсом к выводу К, контакты разомкнуты и ток в рассматриваемой цепи отсутствует.

Предположим теперь, что между точками Б и Э (эмиттер) приложена разность потенциалов от другого источника, причем плюс этого источника соединен с выводом Э. Потенциальный барьер, примыкающий к границе 2, окажется при этом разрушенным, и в цепи потечет ток. Протекание этого тока сопровождается переходом электронов из области n (ее называют эмиттером) в область p (ее-то называют базой). Таким образом, в базе образуется дополнительная концентрация электронов, которые являются здесь неосновными носителями. Но неосновные носители обладают способностью свободно переходить через p-n-переход. Поэтому при наличии в базе неосновных носителей промежуток между точками Б и К становится проводящим — контакты замкнулись.