Простое объяснение работы диода

[vkm]

@arseniiv
Спасибо! Значит, я все-таки правильно сомневался.
Авторам роликов нужно точнее отображать процесс..

[arseniiv]

Кстати, тоже хочу задать вопрос по этой теме, а то не слышал про.

Пробой pn-перехода наступает, когда напряжение настолько велико, что может «оторвать» валентные электроны или из-за чего-то другого? И почему потом от этого портится соответствующий диод, транзистор или другой элемент, какие именно происходят катастрофические нарушения структуры кристалла? Почему-то не найду нигде, что там потом в деталях становится.

(Оффтоп)

А ещё вопрос почти по теме: почему пробитый конденсатор потом проводит ток (вроде же проводит? свои конденсаторы жалко ), что такое нужно сделать с диэлектриком в канале пробоя, чтобы там были свободные электроны?

P. S. О, нашёл способы пробоя pn-перехода. Моё описание, как и думал, тоже имеет место! (Хотя не само поле электроны вытаскивает, а другие разогнанные электроны.) Но сказано, что только тепловой пробой необратим. Так и не догадаюсь, что такое плохое может сделать с pn-переходом тепло, расплавить и перемешать примеси?

[caxap]

arseniiv
Есть разные виды пробоев. Одни обратимые, другие -- нет. Во вторых ничего хорошего нет, а вот первые используются, напр. в стабилитронах (их рабочий участок -- спад в обратной ветви ВАХ, соответствующей пробою).

[arseniiv]

(Просто я обычно слышал пробой для обозначения необратимого пробоя.)

[Munin]

vkm в сообщении #398753 писал(а):

Ведь мы знаем, что дырки находятся в p-области (слева), а электроны в n-области (справа).

Это пока прибор не работает. В каждой области имеются носители своего типа, и нет носителей другого типа, и это поддерживается термодинамическим равновесием (точно так же, как случайное распределение скоростей молекул в газе).

Но когда мы нарушаем равновесие, включаем прибор, у нас начинают протекать процессы, дополнительные к этой простой картине. Электроны проникают из n-области в p-область. Там они оказываются "во вражеском окружении": вокруг них много-много дырок. Поэтому они очень недолго живут, и очень быстро с какой-нибудь дыркой столкнутся и рекомбинируют. Но некоторое время всё-таки живут, и успевают пройти некоторое расстояние (как минимум длину свободного пробега, а на самом деле ещё больше). (Дырки проникают из p-области в n-область совершенно аналогично. Дальше я этого не упоминаю.)

Вот про такие дополнительные процессы особенно никак забывать нельзя в случае транзистора (биполярного). Там на них вообще вся работа устройства основана.

[arseniiv]

Ага.

(Оффтоп)

А я когда маленький был, почему-то думал, что вот соединить два диода — и тебе транзистор! Ещё у меня тогда из-под пера что-то типа вечных двигателей формата электрической схемы выходило.

[Dmitriy034]

прочитал выше описанные объяснения,но не до конца понял в частности при прямом включении диода, электроны из области n проникают в область p и "прыгая" по дыркам перемещаются к положительному полюсу источника, подходя к полюсу они как бы "засасываются" и уходят к источнику, образуя дырку, которая перемещается к границе p-n перехода и т.д. Это я могу представить, но как дырки проникают в n область, для меня это полные потемки, ведь пройдя через границу раздела они мгновенно будут рекомбинированы. Движение дырок вообще понятие относительное, движутся только электроны, значит что бы происходило "движение" дырок в n области, необходимо что бы они отнимали электрон у отрицательно заряженного донора или что бы донор каким то образом мог терять один электрон и тем самым появлялась дырка, но мне кажется это глупо, ведь донор скреплен стабильно 4-я связями в кристаллической решетке, с чего ему терять электрон ?! Значит если разобраться, то в сущности дырки не проникают в n область, их "круговорот" происходит только в p-области ? я правильно понимаю ?

[warlock66613]

Dmitriy034 в сообщении #755818 писал(а):

ведь донор скреплен стабильно 4-я связями в кристаллической решетке, с чего ему терять электрон

С того, что рядом есть такой же (или другой, если дело происходит на границе) атом, у которого нет одного электрона и электрон под действием электрического поля переходит к нему, заполняя вакантное место.

Dmitriy034 в сообщении #755818 писал(а):

Движение дырок вообще понятие относительное, движутся только электроны

На самом деле наоборот - движутся именно дырки, но для простоты можно это (грубо, качественно) представлять как движение отдельных валентных электронов.

[Munin]

(Оффтоп)

На самом деле, даже никаких "4-х связей в кристаллической решётке" в дырочных полупроводниках и в помине нет. И вакантное место - далеко не у одного атома.

[warlock66613]

Munin в сообщении #756664 писал(а):

"4-х связей в кристаллической решётке" в дырочных полупроводниках и в помине нет

Речь об электронном полупроводнике. Но их в общем-то и там нет.

[Dmitriy034]

я понимаю что а Р-области нет 4-хсвязей, речь как написал warlock66613 идет об N-области. Насколько я понимаю там находятся 5-и валентные положительные ионы примеси, отдавшие один электрон и соединенные 4-я валентными связями с нейтральными атомами материала полупроводника. Даже если до введения донорной примеси в чистом ( относительно) материале полупроводника и было какое то количество не заполненных валентных уровней, то после введения примеси все они рекомбенируют, и соответственно в N-области будут только 3 вида частиц: электроны в зоне проводимости, нейтральные атомы материала полупроводника и положительно заряженные ионы донорной примеси. Отсюда вот и вопрос, каким образом "дырки" могут двигаться в N-области, ведь там попросту нет вакантных мест для электронов, что бы дырки могли перемещаться ? Таким образом в диоде идет два вида проводимости, в n-области идет ток электронов в зоне проводимости, в p-n переходе они рекомбенируют переходя из зоны проводимости в валентную зону с выделением кванта света и дальше в p-области уже происходит валентная проводимость. Т.е. как я уже писал выше, "круговорот" дырок происходит только в p-области, в n-область они не попадают ? хотя на многих анимациях показано как дырки свободно движутся в n-области, возможно это не правильное отображение физического процесса в полувроводнике ?

[warlock66613]

Dmitriy034 в сообщении #756939 писал(а):

Отсюда вот и вопрос, каким образом "дырки" могут двигаться в N-области, ведь там попросту нет вакантных мест для электронов, что бы те могли перемещаться ?

Ну так рядом $p$-область, там есть. Валентный электрон из $n$-области перескакивает туда, и теперь уже в $n$-области есть вакантное место, и так дальше по цепочке.

[Dmitriy034]

т.е. если я правильно понял, то под действием внешнего магнитного поля, p-n переход проходят не только свободные электроны, но и электроны "вырванные" из 4-х валентной связи донора, тем самым образуя дырку в n-области, которая перемещается к отрицательному полюсу источника, а так как в реалии эмиттер имеет гораздо меньшие размеры чем коллектор, то в n-зоне образуется достаточно большое количество вакантных мест и там возникает на ровне с электронной и дырочная проводимость ? Соответственно если бы мы взяли одинаковые размеры n и p областей, то дырки не смогли бы доходить до отрицательного источника, т.к. количество свободных электронов было бы (с учетом "вырванных") гораздо больше количества дырок в p-области ?

[warlock66613]

Dmitriy034 в сообщении #756962 писал(а):

свободных электронов было бы (с учетом "вырванных")

"Вырванные" электроны не становятся свободными, они остаются валентными. Фактически они и не "вырываются" никуда, просто дырки (здесь я подразумеваю под дыркой именно свободное место) переходят из $p$-области в $n$-область.

[Dmitriy034]

спасибо, теперь все элементы мозаики сложились.