Презентация, доклад по физике на тему: Полупроводники

применение полупроводников.
5. Полупроводниковые диоды: виды и характеристики
6. Что требуется для создание диода?
7. Маркировка диодов
8. Принцип работы
9. ВАХ-характеристики
10. Данная ВАХ полупроводникового диода
11. Полупроводниковый лазер
12. Важные особенности п.л.
13. Историческая справка
14. Методы накачки в п.л.
15. Инжекционные лазеры

16. П.л. с электронной накачкой
17. Полупроводниковые лазерные материалы
18. Применение п.л.

полупроводников. С их помощью, одна энергия может превращаться в другую, без них не будут нормально работать многие электронные устройства. Существует большое количество типов данных элементов, в зависимости от принципа их работы, назначения, материала, конструктивных особенностей. Для того, чтобы понять порядок действия полупроводников, необходимо знать их основные физические свойства.

нечто среднее, между стандартными проводниками и материалами, не проводящими электрический ток. Полупроводниковая группа включает в себя значительно больше разных веществ, чем общее количество проводников и диэлектриков. Широкое распространение в электронике получили полупроводники, изготовленные из кремния, германия, селена и прочих материалов. Их основной характеристикой считается ярко выраженная зависимость от воздействия температуры. При очень низких температурах, сравнимых с абсолютным нулем, полупроводники приобретают свойства изоляторов, а при повышении температуры, их сопротивление уменьшается с одновременным повышением проводимости. Свойства этих материалов могут изменяться и под действием света, когда происходит значительное увеличение фотопроводности. Полупроводники преобразуют световую энергию в электричество, в отличие от проводников, не обладающих этим свойством. Кроме того, увеличению электропроводности способствует введение в полупроводник атомов определенных элементов. Все эти специфические свойства позволяют использовать полупроводниковые материалы в различных сферах электроники и электротехники.

несколько основных групп. Диоды. Включают в себя два кристалла из полупроводников, имеющих разную проводимость. Между ними образуется электронно-дырочный переход. Они производятся в различном исполнении, в основном, точечного и плоского типа. В плоских элементах, кристалл германия сплавлен с индием. Точечные диоды состоят из кристалла кремния и металлической иглы.

Транзисторы. Состоят из кристаллических полупроводников в количестве трех штук. Два кристалла обладают одинаковой проводимостью, а в третьем, проводимость имеет противоположное значение. Они называются коллектором, базой и эмиттером. В электронике, транзистор усиливает электрические сигналы. Транзисторы. Представляют собой элементы, преобразующие электричество. Они имеют три электронно-дырочных перехода с вентильными свойствами. Их свойства позволяют широко использовать тиристоры в автоматике, вычислительных машинах, приборах управления.

Чем полупроводник отличается от изоляторов

и электро детали. В частности, современная электроника использует с такой целью полупроводниковый диод, его применение обеспечивает ровный ток.

Устройство
Полупроводниковый электрический диод или диодный вентиль – это устройство, которое выполнено из полупроводниковых материалов (как правило, из кремния) и работает только с односторонним потоком заряженных частиц. Основным компонентом является кристаллическая часть, с p-n переходом, которая подключена к двум электрическими контактами. Трубки вакуумного диода имеют два электрода: пластину (анод) и нагретый катод.

и селен, как и более 100 лет назад. Их структура позволяет использовать детали для улучшения электронных схем, преобразования переменного и постоянного тока в однонаправленный пульсирующий и для совершенствования разных устройств. На схеме он выглядит так:

Существуют разные виды полупроводниковых диодов, их классификация зависит от материала, принципа работы и области использования: стабилитроны, импульсные, сплавные, точечные, варикапы, лазер и прочие типы. Довольно часто используются аналоги мостов – это плоскостной и поликристаллический выпрямители. Их сообщение также производится при помощи двух контактов.
Основные преимущества полупроводникового диода:
Полная взаимозаменяемость;
Отличные пропускные параметры;
Доступность. Их можно купить в любом магазине электро-товаров или снять бесплатно со старых схем. Цена начинается от 50 рублей. В наших магазинах представлены как отечественные марки (КД102, КД103, и т. д.), так и зарубежные.

Например, КД196В – кремниевый диод с напряжением пробоя до 0,3 В, напряжением 9,6, модель третьей разработки.
Исходя из этого:
Первая буква определяет материал, из которого изготовлен прибор;
Наименование устройства;
Цифра, определяющая назначение;
Напряжение прибора;
Число, которое определяет прочие параметры (зависит от типа детали).

Полупроводниковый диод принцип работы: Видео: применение диодов

мы уже говорили, диод изготовлен из кремния таким образом, что один его конец p-типа, а другой конец типа n. Это означает, что оба контакта имеют различные характеристики. На одном наблюдается избыток электронов, в то время как другой имеет избыток отверстий. Естественно, в устройстве есть участок, в котором все электроны заполняют определенные пробелы. Это означает, что внешние заряды отсутствуют. В связи с тем, что эта область обедняется носителями заряда и известна как объединяющий участок.

Несмотря на то, что объединяющий участок очень мал, (часто его размер составляет несколько тысячных долей миллиметра), ток не может протекать в нем в обычном режиме. Если напряжение подается так, что площадь типа p становится положительной, а тип n, соответственно, отрицательной, отверстия переходят к отрицательному полюсу и помогают электронам перейти через объединяющий участок. Точно так же электроны движутся к положительному контакту и как бы обходят объединительный. Несмотря на то, что все частицы движутся с разным зарядом в разном направлении, в итоге они образуют однонаправленный ток, что помогает выпрямить сигнал и предупредить скачки напряжения на контактах диода.
Если напряжение прикладывается к полупроводниковому диоду в противоположном направлении, ток не будет проходить по нему. Причина заключается в том, что отверстия привлекаются отрицательным потенциалом, который находится в области р-типа. Аналогично электроны притягиваются к положительному потенциалу, который применяется к области n-типа. Это заставляет объединяющий участок увеличиваться в размере, из-за чего поток направленных частиц становится невозможным.

изготовлен и некоторых параметров. Например, идеальный полупроводниковый выпрямитель или диод имеет следующие параметры:
Сопротивление при прямом подключении – 0 Ом;
Тепловой потенциал – VG = +-0,1 В.;
На прямом участке RD > rD, т. е. прямое сопротивление больше, чем дифференциальное.
Если все параметры соответствуют, то получается такой график:

Такой диод использует цифровая электротехника, лазерная индустрия, также его применяют при разработке медицинского оборудования. Он необходим при высоких требованиях к логическим функциям. Примеры – лазерный диод, фотодиод.
На практике, эти параметры очень отличаются от реальных. Многие приборы просто не способны работать с такой высокой точностью, либо такие требования не нужны. Эквивалентная схема характеристики реального полупроводника демонстрирует, что у него есть серьезные недостатки:

во время прямого включения, контакты должны достигнуть максимального напряжения. Тогда полупроводник откроется для пропуска электронных заряженных частиц. Эти свойства также демонстрируют, что ток будет протекать нормально и без перебоев. Но до момента достижения соответствия всех параметров, диод не проводит ток. При этом у кремниевого выпрямителя вольтаж варьируется в пределах 0,7, а у германиевого – 0,3 Вольт.
Работа прибора очень зависит от уровня максимального прямого тока, который может пройти через диод. На схеме он определяется ID_MAX. Прибора так устроен, что во время включения прямым путем, он может выдержать только электрический ток ограниченной силы. В противном случае, выпрямитель перегреется и перегорит, как самый обычный светодиод. Для контроля температуры используются разные виды устройств. Естественно, некоторые из них влияют на проводимость, но зато продлевают работоспособность диода.
Еще одним недостатком является то, что при пропуске переменного тока, диод не является идеальным изолирующим устройством. Он работает только в одном направлении, но всегда нужно учитывать ток утечки. Его формула зависит от остальных параметров используемого диода. Чаще всего схемы его обозначают, как IOP. Исследование независимых экспертов установило, что германиевые пропускают до 200 µА, а кремниевые до 30 µА. При этом многие импортные модели ограничиваются утечкой в 0.5 µА.

Все разновидности диодов поддаются напряжению пробой. Это свойство сети, которое характеризуется ограниченным напряжением. Любой стабилизирующий прибор должен его выдерживать (стабилитрон, транзистор, тиристор, диодный мост и конденсатор). Когда внешняя разница потенциалов контактов выпрямительного полупроводникового диода значительно выше ограниченного напряжения, то диод становится проводником, в одну секунду снижая сопротивление до минимума. Назначение устройства не позволяет ему делать такие резкие скачки, иначе это исказить ВАХ.

вещества. В П. л., в отличие от лазеров др. типов, используются излучательные квантовые переходы не между изолированными уровнями энергии атомов, молекул и ионов, а между разрешенными энергетическими зонами кристалла. В П. л. возбуждаются и излучают (коллективно) атомы, слагающие кристаллическую решётку

(до 30—50%);
Малая инерционность, обусловливающая широкую полосу частот прямой модуляции (более 109 Ггц);
Простота конструкции;
Возможность перестройки длины волны излучения и наличие большого числа полупроводников, непрерывно перекрывающих интервал длин волн от 0,32 до 32 мкм.

для создания лазера
1961 г. – для этих целей предложено применение p-n переходов
1962 г. – осуществлены п.л. На кристалле GaAs (США)
1964 г. – осуществлен п.л. с электронным возбуждением; сообщено о создании п.л. с оптической накачкой
1968 г. – созданы п.л. с использованием гетероструктуры.

Люминесценция в полупроводниках (а)
Инверсия населённостей в полупроводниках (б)

металл — полупроводник (инжекционные лазеры);
Накачка пучком быстрых электронов;
Оптическая накачка;
Накачка путём пробоя в электрическом поле.

Наибольшее развитие получили П. л. первых двух типов.

высокой энергии (2..20 кэВ). Эти электроны проникают вглубь полупроводника на десятки микрометров, ионизируя на своем пути атомы кристаллической решетки. Образующиеся свободные электроны переходят на более высокие энергетические уровни зоны проводимости. Эти возбужденные электроны в свою очередь передают энергию другим атомам решетки. В результате возникает лавина, ослабевающая при удалении от поверхности и создается инверсная заселенность энергетических уровней. При этом энергия электронов в основном тратится на разогрев кристалла, и поэтому теоретический предельный КПД энергетического преобразования “электронный луч–излучение” не превышает 30…40%.

помещается полупроводниковая пластина (рис. 1.11). Поток электронов падает на плоскую грань полупроводника. В тонком поверхностном слое электронный поток создает большое число электронно-дырочных пар (примерно 10 пар на один электрон). Эти пары рекомбинируют и когерентное излучение выходит из пластины в плоскости перпендикулярной направлению потока электронов. Грани полупроводниковой пластины являются зеркалами открытого резонатора. Толщина активного слоя может достигать десятых долей миллиметра в зависимости от энергии потока электронов.
По сравнению с инжекционными лазерами эти лазеры имеют ряд преимуществ.
Более высокая мощность излучения (Римпдо 1 МВт). Это связано с тем, что объём возбужденной активной области в 100..1000 раз больше, чем у лазеров с ДГС.
Возможность лазерной генерации практически на любых прямозонных полупроводниках, в том числе на таких, на которых не удается получить p-nпереходов.
Возможность управления длиной волны излучения базирующаяся на использовании в качестве мишени, варизонных (с плавным изменением E3) полупроводников.
Низкая угловая расходимость (единицы градусов).
К недостаткам этих приборов следует отнести: наличие объема с высоким вакуумом; низкий реальный КПД (1%) из-за двойного преобразования энергии; сложность и громоздкость системы питания.
Лазеры с электронной накачкой применяют для широкоформатного цветного телевидения с площадью экрана до 10м2, в быстродействующих голографических устройств, а также для построения генераторов оптического когерентного излучения сtи10-12с.

локация и специальная автоматика (дальнометрия, высотометрия, автоматическое слежение и т.д.);
Оптоэлектроника (излучатель в оптроне, логические схемы, адресные устройства, голографические системы памяти),
Техника специального освещения (скоростная фотография, оптическая накачка др. лазеров и др.);
Обнаружение загрязнений и примесей в различных средах;
Лазерное проекционное телевидение

1 — электронная пушка;
2 — фокусирующая и отклоняющая система;
3 — полупроводниковый кристалл — резонатор;
4 — объектив;
5 — экран.