1)почему контакт металл-полупроводник, при условии, что работа выхода из металла больше работы выхода из проводника(работа выхода электрона), выпрямляет? ну допустим электронов на переходе в области n стало поменьше. если приложить минус к металлу от этого минуса электроны вроде бы отталкиваются, наверное отталкиваются в n область, а если приложить минус к n области, то вроде бы минусы к своим друзьям тоже идут. почему выпрямляет переход?
2)вот эти положительные и отрицательные ионы доноров и акцепторов, они рассматриваются как единичный отрицательный/положительный заряд? т.е. например донор от себя отталкивает дырку? когда есть простой p-n переход и если к области n подключить плюс, то доноры n области будут отталкивать дырки из "внешнего провода"?
-- 25.03.2014, 19:02 --
3) уровень ферми сравнивается при состыковке кусков с разными типами проводимости. почему?
Потому что все полупроводниковые (и не полупроводниковые) диоды работают по принципу протекания электрического тока из среды в другую среду. И законы протекания определяются свойствами электронов и свойствами сред. У электронов есть 2 функции. Они движутся под действием разности электрических потенциалов - 1-е свойство. Они движутся под действием разности температур (теплопроводность посредством электронов) - 2-е свойство.
У сред же гораздо больше свойств, но все эти свойства можно классифицировать. Какие свойства сред?
1. металлы – проводники.
2. полупроводники.
3. изоляторы.
Но тут выясняется, что свойств немного больше.
Контакт из двух металлов-проводников – даёт термопару. При протекании тока в прямом направлении – контакт нагревается, при протекании тока в обратном направлении – контакт охлаждается. Это так называемый эффект Пельтье. Вот здесь можно и заметить что свойств немного побольше. То есть все упирается в таблицу Менделеева. И термопары каким-то образом не равноправны.
А значит, будем изучать явления как в химии, опираясь на свойства конкретных веществ.
Ярко выраженный эффект охлаждения места контакта даёт висмут с медью (или с сурьмой).
Почему происходит нагревание контакта при прямом токе и охлаждение контакта при обратном токе?
Всё дело в том, что пустой кристаллической решётки, состоящей из одних положительных ядер вроде как теоретически не существует. И электроны просто обязаны быть втянуты в такую решётку. Но при этом электроны в одно вещество втягиваются сильнее (находятся под более большим давлением), в другое – слабее.
Определение: Если взять два вещества, то в то вещество, где электроны втянуты в кристаллическую решётку сильнее мы назовём объёктом (зоной) P-типа. То вещество, где электроны втянуты в кристаллическую решётку слабее - мы назовём объёктом (зоной) N-типа.
Теперь мы можем дать объяснение тепловым эффектам прямого и обратного тока. При прямом токе – электрон втягивается из зоны N в зону P по принципу разности давлений. Причиной тока является электрическая разность потенциалов источника питания. А в контакте выделяется излишняя энергия электронов при переходе из среды в среду.
Теперь пропустим обратный ток через термопару висмут – сурьма.
Чтобы перейти из зоны P в зону N электронам нужна энергия, и они её забирают у атомов зоны P. Практически энергия забирается у ядер атомов, и место контакта покрывается инеем. Обратный ток существует.
Почему у полупроводников нет обратного тока? Электроны не могут забрать энергию у атомов зоны P. (Здесь физики придумали термин «Ширина запрещённой зоны». И обычно, элементарно говорят: «Здесь более широкая запрещённая зона.»)
Но прямой ток у полупроводниковых диодов есть. И при прямом токе происходит то самое (!) нагревание, которое соответствует эффекту Пельтье.
Чем ещё отличаются полупроводниковые диоды?
Они не дают термо-ЭДС, если нагревать контакт. Это как раз то самое явление: электрон в таких полупроводниках не способен на термо-электронную эмиссию.
Ведь как образуется термо-ЭДС у термопар?
Зона P обладает более сильной термоэлектронной эмиссией. У зоны N более слабая термоэлектронная эмиссия. При сближении проводников N и P и при создании контакта, электроны с зоны P выдавливаются на территорию зоны N. И при повышении температуры, это выдавливание становится всё больше.
У полупроводников такого нет. Да, полупроводники готовы к термоэлектронной эмиссии. Но электроны у них более связаны с атомами. И термоэлектронная эмиссия может произойти только в крайних случаях: при прямом токе, либо при облучении PN перехода светом. Такой вид термоэлектронной эмиссии назовём «скрытой» термоэлектронной эмиссией. В термопарах же, вид эмиссии назовём «открытой».
Теперь поведаем рецепт как сконструировать диод (термопару), которая обладает эффектом односторонней проводимости.
Для этого нужно взять полупроводник (кремний, германий), который обладает скрытой термо-электронной эмиссией. Затем, надо изготовить две зоны с разной кристаллической решёткой, так, чтобы в этих зонах было разное давление для электронов. Там, где давление выше – зона P. Там, где давление ниже – зона N. Далее следует создать контакт этих зон и диод готов.
Никаких дырок (или вакансий) не существует. Природа не терпит пустоты. Принцип электронейтральности не допустит чтобы существовали дырки. Сам же феномен односторонней проводимости базируется на 2-х процессах: тепловых (теплопередача, термоэлектронная эмиссия) и электрических: между двумя средами реально возникает разность потенциалов, которую и преодолевают электроны. Всё это можно измерять. (Но тут появляются физики, которые изобретают «Работу выхода». Всё гораздо проще.)
Откуда у меня такая теория?
Всё очень просто.
Однажды Уильям Шокли написал уравнение вольт-амперной характеристики для PN-перехода.
Я поставил экспреимент: снял вольт-амперные характеристики прямого тока для PN-перехода при разных температурах. И тут выяснил, что уравнение Шокли вовсе не соответствует эксперименту.
А дальше больше.
Я исследовал какой математической модели соответствует вольт-амперная характеристика PN-перехода. Оказалось : природа экспоненты такая же как природа экспоненты уравнения Ньютона-Рихмана.
Пришлось проанализировать все ошибки в физике. И главная ошибка нашлась. Это современная термодинамика.
Кратко можно сказать так: температура должна иметь вид потенциала. То есть все процессы в термодинамике должны определяться разностью температур.
Вот такие дела.
А далее пришлось сделать вывод:
1. На PN–переход не распространяется статистика Ферми-Дирака.
2. На PN–переход не распространяется запрет Паули.
3. Запрещённой зоны, измеряемой в единицах энергии (Джоуль, эрг, электроновольт) не существует.
Если мы собрались создавать новую физику электронных приборов, то поневоле нам придётся столкнуться со старой терминологией. Сегодня все специалисты говорят на языке теории ЭДП (электронно-дырочной проводимости).
Итак, электронной и дырочной проводимости не существует, существует только электронная проводимость, которую мы будем называть просто: проводимость.
Нам надо избавиться от старых терминов и создать новые. Потому старые термины мы будем заменять новыми терминами. Это спасёт в какой-то мере новую науку от неточностей и неправильных выводов. Список неправильных (ошибочных) терминов:
PN–переход.
P-зона, N–зона.
Донор, акцептор.
Дырочная и электронная проводимость.
Узкая и широкая запрещённые зоны.
Уровни Ферми.
Концентрация электронов и дырок.
Экситоны.
Принцип Паули.
Вырожденный и невырожденный.
Электронный газ.
Фотоэлектронная эмиссия.
Работа выхода.
Инжекционный ток.
Фононы.
Я привёл несколько терминов явлений, понятий, которые в реальности не существуют. Особо хочу отметить термин фотоэлектронная эмиссия. Вся проблема этого термина в том, что воздействие энергии на фотоэлектронный прибор, приносимой световой волной, приводит к тому, что включается процесс термоэлектронной эмиссии, который называют фотоэлектронной эмиссией. Эту ошибку необходимо исправить, называя явление правильным термином.
Практически вся физика электронных приборов базируется на двух важных полях: электрическом поле и тепловом поле. И потому, что этой теории в физике ещё нет, практически всю теорию электронных приборов необходимо создавать заново. Ошибки имеются и в термодинамике – именно в том вопросе, что температуру не определяют как потенциал. И практически невозможно использовать все идеи и понятия квантовой механики. Мягко говоря, квантовая механика заблудилась в поиске истины.
http://electron.totalh.net/
