Šajā rakstā pamēģināsim pavisam vienkāršā veidā apskatīt to, kas ir visas mūsdienu elektronikas pamatā pusvadītājus. Nelietosim kvantu mehānikas jēdzienus, nedz arī formulas. Interesentiem ir iespēja kārtīgi izpētīt šo jautājumu daudzskaitlīgās interneta publikācijās.
[b]Kas ir pusvadītājs? Par tādu pieņemts saukt vielu – elektriskās strāvas vadītāju, kuras vadītspēja mainās ārējo apstākļu (temperatūra, apgaismojums, radioaktivitāte u.c.) ietekmē.[/b]
Pusvadītāju rūpnieciskajā izgatavošanā galvenokārt lieto Mendeļejeva periodiskās sistēmas 4.grupas elementus silīciju (Si) un germāniju (Ge). Tam ir konkrēts iemesls kristāliskā režģa īpatnības, kā arī minimāls t.s. aizliegtās zonas platums. Visplašāk rūpniecībā lieto Si, to arī šeit apskatīsim.
[img]/images/upload/crist1.jpg[/img]
Attēlā vienkāršotā veidā parādīts Si kristāla griezums. Ar līnijām apzīmētas kovalentās saites starp atomiem, ar pelēkajiem aplīšiem – ārējā enerģētiskā līmeņa elektroni.
Lai iegūtu uzlabotas pusvadītāja spējas, silīcijam pievieno periodiskās sistēmas 3. grupas elementus boru (B), indiju (In), vai alumīniju (Al) un 5. grupas elementus antimonu (Sb), arsēnu (As), vai fosforu (P).
Ar 3. grupas elementu In leģēts Si kristāliskais režģis:
[img]/images/upload/in.jpg[/img]
Tā kā elementam indijam ārējā enerģētiskā līmenī ir tikai 3 elektroni, trūkstošais elektrons tiek atrauts no kaimiņu Si atoma, atstājot tur caurumu. Pie tam In atomi uzlādējas negatīvi. Šādu pusvadītspēju sauc par caurumu pusvadītspēju un materiālu par p – tipa pusvadītāju.
Ar 5.grupas elementu Sb leģēts Si:
[img]/images/upload/sb.jpg[/img]
Antimonam ārējā enerģētiskā līmenī ir 5 elektroni, no tiem 1 paliek nepiesaistīts un brīvi pārvietojas. Sb atoms kļūst par pozitīvi lādētu jonu. Šādas pusvadītspējas tips elektronu pusvadītspēja un materiālu sauc par n tipa pusvadītāju.
Tagad ņemsim un saliksim kopā abu veidu pusvadītāju gabaliņus:
[img]/images/upload/diode1.jpg[/img]
Izveidojas elektronikā tik pierastā pusvadītāju diode.
Starp p un n apgabaliem izveidojas aktīvs sprostslānis; elektroni no n apgabala difundē p apgabalā, kur rekombinējas ar pozitīvi lādētajiem caurumiem. Dzīvība sprostslānī notiek nepārtraukti.
Tagad pieslēgsim izveidotajai diodei strāvas avotu un slodzi:
[img]/images/upload/diode3.jpg[/img]
Strāvas avota (+) pols caur p apgabalu izsūc elektronus no sprostslāņa, un (-) pols tos ievada papildus caur n apgabalu. Lādiņnesēji masīvā straumē plūst cauri diodei; sprostslānis ir praktiski izzudis.
[b]Jāatceras, ka zinātnē un tehnikā pieņemtais strāvas plūšanas virziens ir pretējs elektronu kustības virzienam![/b]
Par elektriskās strāvas virzienu pieņemts uzskatīt pozitīvi lādētu daļiņu – lādiņnesēju orientētās kustības virzienu. Ja pārvietojas negatīvi lādētas daļiņas, to virziens ir pretējs strāvas virzienam. Šīs lietas dažreiz tiek jauktas.
Apmainīsim strāvas avota polus vietām:
[img]/images/upload/diode2.jpg[/img]
Notiek pretējs process: strāvas avota (+) pols izsūc nedaudzus elektronus no n apgabala, tai pašā laikā p apgabalā elektroni tiek iesūknēti. Pa rekombinācijas ķēdīti process aiziet līdz sprostslānim, un tā biezums strauji palielinās. Strāva ķēdē tikpat kā neplūst. Praksē novērojama pavisam neliela sproststrāva, kuru izraisa kaitīgie piemaisījumi pusvadītāja materiālā. Daudzos gadījumos to var ignorēt.
Izvadu no diodes p apgabala sauc par anodu, no n par katodu. Principiālajās shēmās pusvadītāju diodes apzīmē ar burtiem VD un attēlo šādi:
[img]/images/upload/diode-s.jpg[/img]
Par diodu tipiem, lietošanu – nākamajā rakstā.
Vairāk informācijas pieejams [url=http://naf-st.ru/main/rc/?ppi]šeit[/url].
Īpašs paldies [i]urbis[/i] par sadarbību.