Есть множество материалов написанных о работе полупроводников и работе транзисторов.

Зачем еще одна?

Дело в том, что я заметил такую тенденцию в вузовских учебниках – довольно подробное описание работы p-n перехода и очень поверхностное описание работы биполярного транзистора. Зачастую «механика» работы такого транзистора описывается довольно схематично (в совершенно неработоспособном виде) и далее следует быстрый переход на описание внешних параметров. Причем у этих же авторов описание «механики» работы полевого транзистора дается куда обширнее. Видимо, авторы учебников сами не очень «догоняют», как там все работает. И это не удивительно. Человечество вначале эры полупроводников пыталось повторить схему работы вакуумной лампы на полупроводниках, т.к. работа лампы достаточно логична. И собственно полевые транзисторы, в какой-то степени повторяют принцип работы вакуумных ламп. Но вот биполярный транзистор, хотя и был изобретен первым, но это было скорее случайное изобретение, а не осознанный путь к цели.

И даже после изобретения биполярного транзистора, сами его изобретатели не сразу поняли принцип его работы, хотя это были довольно продвинутые люди в области полупроводников.

Вот типичная иллюстрация (условно) из вузовского учебника

Что же не ясно в этом биполярном транзисторе? Черная толстая стрелка – это коллекторный ток, тонкая черная стрелка ток базы. Сумма этих токов идет через эмиттер. Белыми стрелками показано движение электронов. Все расходимся?

Подождите, у меня вопрос: почему через коллекторный p-n переход, включенный в обратном направлении, течет ток, да еще и самый, что не на есть главный рабочий ток?

Для справки: коллекторный p-n переход – это переход между базой и коллектором, на схеме изображен, как граница между синей (коллектор n-типа) и красной (база p-типа) областью. Обратное направление – это когда к n-типу подключен «+», а к p-типу подключен «-»

И еще вопрос: почему электроны, которые для базы являются неосновными носителями, вдруг стали вполне себе главными представителями тока?

Для справки: на приведенной схеме база представлена полупроводником p-типа. Основными носителями тока для полупроводника p-типа являются дырки, электроны — это основные носители для полупроводника n-типа. Если что, «дырки» — это вполне официальный термин для полупроводников.

Почему бы основным носителям тока в базе (дыркам) не потечь навстречу электронам через открытый эмиттерный p-n переход? И таким образом ток из базы в эмиттер, а это ток открытого p-n перехода, был бы не таким уж у маленьким.

Ну и совсем «подковыристый» вопрос, который вообще редко поднимается в учебниках (потому что это скорее схемотехнический вопрос): почему при включении биполярного транзистора по схеме с общим эмиттером, когда транзистор полностью открыт (находится в режиме насыщения), напряжение на коллекторе становится меньше напряжения базы?

Почему бы напряжению между эмиттером и коллектором не держаться на уровне чуть выше напряжения базы? Ведь если смотреть на транзистор с точки зрения пирога n-p-n переходов (как на картинке), то мы имеем один переход включенный в прямом направлении (на картинке эмиттерный), и напряжение на таком переходе не должно падать ниже определенного значения, например, для кремния это 0,6-0,7В. А у нас еще имеется коллекторный переход, включенный последовательно с эмиттерным переходом, да еще и в обратном направлении. Т.е. получается, что напряжение на двух последовательно включенных p-n переходах оказывается меньше, чем напряжение на одном переходе! Вроде абсурд получается.

Давайте разбираться.

Начнем с «базы», как указывает «полупроводник» с КДПВ. Ну а что у нас является «базой» в полупроводниках? Правильно – p-n переходы. Ну тут ничего сложного нет – это просто переходы от полупроводника с p-проводимостью в полупроводник с n-проводимостью. Всего-то. Вот только человечеству потребовалось почти 150 лет, с того времени как обратили внимание на полупроводники, чтобы дойти до этой простой мысли. Но не будем растекаться по древу истории науки.

Для начала давайте посмотрим на коллекторный p-n переход. Он включен у нас в обратном направлении.

Одна из ключевых деталей в принципе работы биполярного транзистора – это обратный ток p-n перехода. Если включить p-n переход в обратном направлении, то будет наблюдаться небольшой обратный ток, который почти не зависит от приложенного обратного напряжения (до некоторого предела, после которого наблюдается пробой и ток резко растет).  Этот ток возникает из-за тепловой генерации пары электронов проводимости и дырок в районе p-n перехода. Они втягиваются из той части, где они не основные в ту часть, где они основные носители. Т.е. дырки из n-области в p-область, а электроны проводимости из p-области в n-область. А так как из-за температуры генерируется небольшое количество этих пар, то и ток (обратный), создаваемый этими носителями небольшой. Это хорошо видно на графике тока p-n перехода в зависимости от приложенного напряжения.

Дело в том, что для неосновных носителей как бы вообще не существует p-n перехода. Более того, разность потенциалов, присутствующая на p-n переходе, которая расталкивает основные носители тока, эта же разность потенциалов затягивает неосновные носители. Для них нет никаких преград, одни благоприятствования. Даже не нужно прикладывать дополнительного внешнего поля, неосновные носители двигаются через p-n переход под действием поля самого этого перехода (кстати, на этих принципах работают солнечные панели). Сколько этих неосновных носителей образуется (и не успеет рекомбинировать) – все они и будут двигаться без препятствий. Эта важнейшая особенность p-n переходов которую, нужно было бы «отлить в граните».

И если сравнить графики тока коллектора в зависимости от напряжения на коллекторе, с графиком обратного тока p-n перехода, то можно заметить, что форма графика обратного тока практически идентичные (если повернуть график тока p-n перехода на 180 градусов).

И это не просто совпадение – это и есть обратный ток p-n перехода, в данном случае коллекторного. Если ток базы равен нулю – то через коллектор течет очень небольшой обратный ток, как у закрытого p-n перехода. По сути, это ток тепловой генерации пар электрон-дырка.

Если же увеличить ток базы, то график обратного тока коллектора начинает подниматься (сдвигаться вверх). Т.е. растет обратный ток, причем этот ток мало зависит от приложенного к коллектору напряжения (до некоторого предела, точно так же, как и обратный ток p-n перехода), потому что не напряжение определяет количество «прокачиваемых» носителей тока, а доступное количество этих носителей. Т.е. как их не разгоняй напряжением, больше их не придет на выход, если на входе их только столько, сколько есть. Как аналогию, можно представить себе трубу, по которой прокачивается воздух. Какой бы сильный поток воздуха не был создан в трубе, если ровно раз в секунду на вход подавать по одному перышку, то ровно по одному перышку в секунду будет вылетать на выходе из трубы. Электрический ток – это как раз и есть количество электрических зарядов, прошедших через проводник/полупроводник в единицу времени. Этот ток p-n перехода база-коллектор создают неосновные носители – как уже было сказано выше для них не существует преграды в виде p-n перехода, включенного в обратном направлении.

Откуда же берутся эти неосновные носители на коллекторном p-n переходе в таких «товарных» количествах?

Во-первых, хочется сказать несколько слов о терминологии. Из-за слова «неосновные» создается впечатление, что это какие-то побочные, неважные, которые существуют на уровне погрешности. Но это совсем не так! Неосновные они только с точки зрения отдельного куска полупроводникового материала. Так принято говорить, что для n-типа основные – это электроны проводимости. Я их часто буду называть «свободные» электроны, т.к. они не связаны ковалентными связями. А для p-типа основные это дырки, т.е. незаполненные места в ковалентных связях.

Если же у нас есть полупроводниковый материал, в котором существуют области, как n-типа, так и p-типа, то все очень сильно усложняется. Может случиться так, что те, что являются основными носителями, станут довольно-таки побочными и не решающими.

Давайте теперь рассмотрим, что происходит на эмиттерном p-n переходе.

Когда к эмиттерному переходу не приложено внешнее напряжение на этом переходе возникает барьерное поле. А точнее это барьерное поле создает сам p-n переход.

Возникает оно из-за того, что электроны донорной примеси в области n-типа, не закрепленные в ковалентных связях (т.к. кол-во возможных ковалентных связей у основного материала кристалла меньше, чем кол-во электронов у атома донора, способных на ковалентную связь), блуждают по кристаллу полупроводника. Например, у атома кремния есть 4 атома способных на ковалентную связь, а у типичного донора - атома фосфора 5 электронов, способных на ковалентную связь. Блуждая так, они попадают в область p-типа, т.е. в область, где возможных ковалентных связей больше, чем электронов (т.к. атомы акцепторных примесей не заполняют все возможные ковалентные связи). И вот, эти блуждающие свободные электроны, оказавшись рядом с атомом акцепторной примеси, «сваливаются в дырки», т.е. в незаполненные ковалентные связи этого атома.

«Сваливаются» - в данном контексте означает сбрасывают с себя часть энергии, т.к. сидеть в ковалентных связях энергетически менее затратно, чем блуждать по кристаллу. Но, т.к. оказавшись в ковалентной связи между нейтральными атомами (и атомы кристалла полупроводника, и атомы акцепторной примеси - нейтральны) этот электрон создает локальный, закрепленный в этом месте области p-типа, отрицательный заряд.

А то место, в области n-типа, откуда он ушел (рядом с атомом донорной примеси), становится локальным положительным зарядом. Расстояние между тем местом откуда ушел электрон и тем местом, где он нашел «дырку», куда свалиться, очень небольшое - от долей микрометра, до единиц микрометра. Таким образом между этими точками (на рисунке обведены красными кружками), разнесенными в пространстве на расстояние порядка микрометра, откуда ушел электрон, унеся с собой часть отрицательного заряда донора, и где он «свалился в дырку», закрепив этот унесенный отрицательный заряд, возникает электрическое поле. Это поле препятствует дальнейшему перемещению блуждающих электронов от донорных атомом в ту область, где есть незаполненные ковалентные связи, т.е. область p-типа. По сути, это поле и есть p-n переход.

Вообще, p-области и n-области определяются количеством примесей. Где больше акцепторов – там будет p-область, а где больше доноров, там будет n-область. Технологически берут кристалл, в котором, например, доноры равномерно распределены по всему объему, т.е. кристалл n-типа. Далее, для создания p-области и p-n перехода каким-либо способом наполняют нужную часть кристалла акцепторами. Количество акцепторов подбирают так, чтобы их оказалось больше, чем доноров в этом нужном месте кристалла. Для примера, на рисунке видно, что в p-области 1 донор, против 6-ти акцепторов. В области p-n перехода количество доноров и акцепторов одинаково – 2 донора и 2 акцептора. В n-области 3 донора и нет акцепторов.

Еще очень важный момент – это то, что кристаллическая решетка полупроводника едина, поэтому не только свободные от ковалентных связей электроны могут легко блуждать по ней, но и что очень важно для полупроводников, это то, что электроны, находящиеся в ковалентных связях, могут перепрыгивать в соседнюю ковалентную связь, если там есть свободное место, т.е. если там есть дырка. Все это обеспечивается единством кристаллической решетки. Если в этой решетке будут какие-либо нарушения, то движение дырок (электронов в ковалентных связях) будет очень сильно ограниченно. Поэтому в полупроводниковой промышленности так важны материалы в виде огромных монолитных кристаллов без каких-либо нарушений в кристаллической решетке. Их получение – это сложный тех процесс.

Все что мешает блуждать свободным электронам и дыркам (т.е. незаполненным местам в ковалентных связях) – это созданный ими же барьер в виде электрического поля (p-n перехода). Само же, и движение, и нахождение, как в области p-типа, так и области n-типа ничем не запрещено. Т.е. p-n переход — это не какая-то структурная граница в кристалле, и не «склеенный» конструктив из разных полупроводниковых материалов, а именно локальное электрическое поле в едином кристалле.

Вот это локальное электрическое поле препятствует движению основных носителей. Свободные электроны из n-области «усевшись» в ковалентных связях в p-области не дают своим собратьям дальше двигаться по кристаллу.

Так как в кристалле присутствует это электрическое поле, то n-область получает более положительный потенциал, чем p-область.

Если теперь начать «перекачивать» (с помощью источника напряжения) электроны из области p-типа в область n-типа, то с какого бы места мы на забирали электроны, оставшиеся там, будут стремиться заполнить освободившееся место. Причем так, чтобы не было пространственной разности потенциалов. В том числе из областей рядом с p-n переходом. Общий отрицательный потенциал в p-области будет уменьшаться, а в n-область, куда источником напряжения будут «накачиваться» электроны, будет уменьшаться общий положительный потенциал.

Так «перекачивая» электроны из p-области в n-область, мы уменьшаем барьер, т.е. открываем p-n переход. Когда электроны смогут пройти этот барьер – появится заметный ток.

Источнику напряжения все равно – дырками или свободными электронами обеспечивается прокачка. В любом случае он «прокачает» электроны.

А вот внутри транзистора очень важно кто будет переносить заряд – иначе ничего работать не будет. Ведь если по базе p-типа в основном будут двигаться дырки – они не смогут пройти через закрытый для них коллекторный p-n переход. Надо каким-то образом сделать так, чтобы по p-базе переносили заряд свободные электроны.

Поэтому важно разобраться, как сделать один ли другой носитель заряда (дырки или свободные электроны) отвечающим за ток в системе p-n переходов.

Ведь как свободные электроны, так как дырки, могут переносить заряд. Здесь стоит обратить внимание на то, что дырки – это условный носитель заряда, на самом деле это отсутствующий в ковалентной связи электрон. Но свободные электроны и дырки все же это независимые друг от друга носители заряда. У дырок и электронов разный уровень энергии - они движутся по разным «этажам» энергии. Дырки движутся по ковалентным связям, а свободные электроны в межатомном пространстве.

Чтобы сделать какой-то носитель заряда, главным носителем тока, делают одну из областей значительно более насыщенной нужными носителями. Например, нам надо, чтобы свободные электроны были носителями тока в p-базе. Тогда делают область n-эмиттера очень насыщенной донорами. В терминологии полупроводниковых технологий это называется область «n+»-типа. Благодаря этому, когда открывается p-n переход эмиттера, свободные электроны могут долго находиться в области p-базы, потому что там будет мало дырок, куда они могли бы «свалится». И наоборот дырки, оказавшись в области «n+»-эмиттера быстро заполняются свободными электронами. Зачастую они даже не успевают дойти до области эмиттера, т.к. поглощаются еще в области p-n перехода, потому что основная протяженность этого перехода находится в той области, где насыщенность носителями меньше. На картинке, разница в количествах носителей в n+ и р-области можно сказать несущественна, на практике она достигает сотен и тысяч раз. Т.е. на один носитель одного типа в противоположной области будет сотни и тысячи носителей другого. Соответственно и протяженность p-n перехода с одной и другой сторон будет отличаться в сотни и тысячи раз.

И если сделать так, чтобы свободные электроны в p-базе, не успев «свалиться» в дырки оказались у «прозрачного» для них коллекторного p-n перехода (который закрыт для дырок) – они, войдя в этот «прозрачный» переход втягиваются полем этого перехода в n-область коллектора, где они чувствуют себя «как дома». Всё - цепь замкнулась. Дальше источник напряжения «перекидывает» эти свободные электроны опять в эмиттер.

Сделать p-базу «безопасной» для прохода свободных электронов можно, сделав ее узкой. Или сделать коллекторный переход рядом с эмиттерным.

Теперь «перекачивая» небольшое количество электронов из базы в эмиттер, т.е. создавая на контакте базы немного дырок, мы повышаем потенциал p-базы и уменьшаем потенциал n-эмиттера. Так мы открываем эмиттерный p-n переход. Из «n+»-эмиттера в базу хлынут электроны.

Время от времени они будут «сваливаться» в дырки базы, но мы будем пополнять дырки снова и снова.

Своим присутствием в базе эти электроны создадут объемный заряд – под действием этого заряда свободные электроны будут «разбегаться» во все стороны от эмиттера, т.е. появится диффузия свободных электронов. Кроме этого, они будит иметь направление движение в сторону коллектора под действием поля, созданного напряжением приложенного к коллектору. А так как рассеяние до коллектора значительно меньше, чем до контакта базы, то большая часть свободных электронов уйдет в «прозрачный» для них коллекторный переход, включенный в обратном направлении. В области n-коллектора их подхватит поле, созданное источником напряжения, подключенного к контакту коллектора.

 

Остался последний вопрос. Почему в схеме с общим эмиттером, когда транзистор полностью открыт напряжении на двух последовательно включенных p-n переходах (эмиттерном и коллекторном) оказывается меньше, чем на одном эмиттерном p-n переходе?

Давайте посмотрим, как развиваются процессы, когда увеличивается ток коллектора в транзисторе n-p-n, включенном по схеме с общим эмиттером. С ростом этого тока падение напряжения на нагрузке (например, резисторе R, как на схеме), включённой в коллекторную цепь, растет. И в некоторый момент падение напряжение на нагрузке достигает такого уровня, что падение напряжения между эмиттером и коллектором становится равным или меньшим, чем напряжение между эмиттером и базой. В этот момент коллекторный переход оказывается включенным в прямом направлении. Это означает, что снимается барьер коллекторного перехода для основных носителей базы – дырок. Теперь не только свободные электроны могут проходить через коллекторный переход, но и дырки из базы – ток базы растет не только из-за рекомбинации дырок и свободных электронов в теле базы, но и за счет того, что дырки под действием электрического поля базы отправляются в коллектор.

Область эмиттера и коллектора оказываются практически на эквипотенциальных линиях поля базы (на рисунке белые изогнутые линии). Транзистор, как бы «складывается» в точке подключения контакта базы – эмиттер и коллектор почти сливаются в одно целое. Если следовать по линиям напряженности электрического поля базы (на рисунке обозначена красной пунктирной линией) от эмиттера к базе потенциал растет от 0В до 0.7В, далее от базы к коллектору – потенциал падает от 0.7В до 0.1В.

Около эмиттера существует объемный заряд электронов, инжектированных в базу. Под действием этого заряда инжектированные электроны отталкиваются друг от друга в разные стороны. И хотя разность потенциалов между эмиттером и коллектором, создаваемая этим объемным зарядом невелика, но расстояние между эмиттером и коллектором тоже небольшое, поэтому напряженность поля в направлении от эмиттера к коллектору значительно больше, чем к базе. Соответственно, больше и сила, действующая на электроны в направлении от эмиттера к коллектору. Тем более, разность потенциалов, создаваемых базой в промежутке между эмиттером и коллектором от правого до левого края этого промежутка тоже не велика, поэтому основная часть инжектированных электронов попадает в коллектор и далее выходит в нагрузку.

Вот так "крутятся шестеренки" в биполярном транзисторе. Возможны и другие комбинации этой конструкции. Главное, когда понятен принцип работы - можно понять и другие пространственные варианты.

UPD: Изменил название статьи для лучшей релевантности и поиска

Комментарии (21)


  1. diakin
    02.07.2025 19:31

    Вообще толстая черная стрелочка на первых рисунках должна идти от эмиттера к коллектору. Чтобы сразу было понятно. )
    Если описывать образно, то толпа электронов из эмиттера стремится попасть в базу по узкой обледенелой горной тропинке. И основная их масса скатывается в пропасть по склону коллекторного перехода.


    1. KonstantinC Автор
      02.07.2025 19:31

      Возможно Вы и правы, но я нарисовал черной стрелкой ток, т.к. вначале речь идет о рисунках "из вузовского учебника", а там любят рисовать ток (он официально течет от плюса к минусу). И в этом есть некоторый смысл, т.к. направление тока одинаково и для дырок и для электронов, а вот направление движения дырок и электронов встречное и тут всегда нужно уточнять, иначе можно запутаться.


  1. hw_store
    02.07.2025 19:31

    Для справки: в словах, содержащих "ться", ударение покоится на слоге, непосредственно предшествующем "ться". А если ударение стоит на другом слоге, то пишется "тся". Ещё проверочный вариант - сформулировать вопрос, на который отвечает предложение. Если это вопрос "что делает", то "тся", а если "что делать" - то "ться". Напряжение на коллекторе что делает? Становится. Что будет делать в будущем? Увеличиваться, уменьшаться - в общем, изменяться.


    1. KonstantinC Автор
      02.07.2025 19:31

      Исправил, где нашел.

      Признаю, что "ться" - моя болезнь. С другой стороны, я не замечаю этих ошибок и у других, тем более когда читаю технические тексты, где важен не слог а смысл написанного (а зачастую технари еще те грамотеи).

      Добавлю, еще что я не графоман, и каждая статья дается довольно тяжело, чтобы она была по возможности достойной.

      Обычно, комментарии наподобие Вашего пишут в личку, т.к. они не имеют прямого отношения к смыслу написанного. Если же они выкладываются в общий чат, то больше напоминают "щелчок по носу" - типа "куда ты лезешь! неуч!"

      По поводу содержания статьи у Вас есть какие-нибудь мысли?


      1. RTFM13
        02.07.2025 19:31

        тся/ться это часто разные формы слова и влияют на смысл. Иногда даже меняет смысл фразы в целом. Меня лично сильно корёжит именно от этих ошибок. Вы их не замечаете потому, что не знаете правило и не различаете формы слов, а определяете их по контексту. Это снижает скорость и качество чтения в частности.

        Что касается статьи в целом, я открыл википедию на русскоязычной статье "биполярный транзистор" и там лично для меня написано и полнятнее и значительно короче. Чуть больше подробностей в английской статье.


        1. KonstantinC Автор
          02.07.2025 19:31

          Что касается статьи в целом, я открыл википедию на русскоязычной статье "биполярный транзистор" и там лично для меня написано и полнятнее и значительно короче. Чуть больше подробностей в английской статье.

          Посмотрел википедию:

          Биполярный транзистор можно представить как цепь из диода и стабилитрона, расположенных разнонаправленно.

          Это представление ложно и вводит в заблуждение.

          Про то, что для неосновных носителей обратно включенный переход прозрачен и даже втягивает их - ни слова. А это ключевой момент в работе транзистора в активном режиме.

          Про легирование эмиттера написано, что оно нужно для улучшения параметров. На самом деле если эмиттер слабо легировать - то он не будет эмиттером и транзистор не будет транзистором.

          Картинки, тоже не прибавляют понимания о принципах работы. Я подобную картинку привел как анти-пример иллюстрации устройства биполярных транзисторов.

          Могу предположить, что Вам было все понятно в википедии, после то, как Вы прочитали мою статью.

          Хотя, могу ошибаться, возможно Вы великолепно все поняли из википедии без каких либо посторонних источников.

          На всякий случай - я не против википедии и активно ей пользуюсь.

          Вы их не замечаете потому, что не знаете правило и не различаете формы слов, а определяете их по контексту.

          Знать правило и применять его - это две большие разницы.

          В советской школе, по русскому языку у меня была твердая "тройка" ))

          А в ВУЗе где я учился никто конспекты на ошибки не проверял - это было большое облегчение для меня )))

          Меня лично сильно корёжит именно от этих ошибок.

          Мне очень жаль, что я причинил Вам душевные страдания.


          1. RTFM13
            02.07.2025 19:31

            Про диод и стабилитрон мне тоже немного резануло, в остальном не вижу противоречий.

            На самом деле оно есть, только тепловой ток мизерный. Для его увеличения надо или греть образец, или как Вы заметили освещать (каким-либо способом подводить энергию), для увеличения генерации электрон-дырочных пар в районе p-n перехода.

            альтернативная энергетика физика?


            1. KonstantinC Автор
              02.07.2025 19:31

              Фотодиод https://ru.wikipedia.org/wiki/Фотодиод

              энергию для генерации пар электрон-дырка можно получать не только от фотонов света, но и от тепловой энергии (в принципе, от любого источника энергии)


          1. mpa4b
            02.07.2025 19:31

            На самом деле если эмиттер слабо легировать - то он не будет эмиттером и транзистор не будет транзистором.

            Вполне себе будет, но плохим. Убедиться в этом можно, померяв мультиметром бету у инверсно включенного транзистора -- вместо сотен для какого-нить bc547 будут десятки. Но будут. Ну и в некоторых биполярных процессах, заточенных на npn-транзисторы, именно так иногда и делают плохие, но всё же pnp-транзисторы.

            По поводу статьи -- без хотя бы рукоразмахивательного и "на пальцах" введения в зонную теорию полупроводников всё равно не сильно лучше чем с мексиканцами получилось.


            1. KonstantinC Автор
              02.07.2025 19:31

              Вполне себе будет, но плохим. Убедиться в этом можно, померяв мультиметром бету у инверсно включенного транзистора -- вместо сотен для какого-нить bc547 будут десятки. Но будут.

              Когда изобретали транзистор, у многих исследователей, в том числе Bell Lab, получались такие "транзисторы" с усилением в 10 единиц, только они это за усиливающий прибор не воспринимали.

              не сильно лучше чем с мексиканцами получилось

              Когда делаете упоминание некоторого термина, потрудитесь сделать ссылку на него. Если бы не комментарий сделанный раньше, я бы вообще не понял, что за мексиканцы.

              Так вот в Мексиканской модели есть существенный недостаток, и если Вы его не замечаете, значит не очень понимаете принцип работы биполярного транзистора.

              А именно, в этой модели мексиканцев (неосновных носителей в базе) отлавливают полицейские США (основные носители в базе). Это совершенно подрывает принцип действия транзистора.

              Если бы модель говорила, например, об американских Демократах (основных носителях в базе), открывающих границу для мексиканцев (снижающих барьер pn перехода), то модель была бы куда ближе к оригиналу.

              Там еще есть упоминание, что в США мексиканцам не рады (рекомбинация дырок и электронов), но и здесь модель страдает ошибочностью. В США (в базе) вполне рады мексиканцем (неосновным носителям) и хотели бы их принять в товарных количествах и сразу отправить во Вьетнам (в источник питания), чтобы Вьетнам отправил их в Мексику (надеюсь здесь понятно).

              В том то и дело мексиканцам рады как в США (базе), так и в Канаде (коллекторе), но пунктов отправки во Вьетнам (мест рекомбинации), катастрофически не хватает в США, поэтому мексиканцы ломятся в Канаду (коллектор), где там их пакуют в товарных количествах и отправляют во Вьетнам (источник питания).

              Причем, что очень важно, граница США-Канада, для мексиканцев открыта, хотя у них нет американских паспортов (не основные носители в США), но на границе Канады мексиканцев подгоняют, чтоб быстрее пересекали границу (ускоряющее поле pn перехода), а то их "упакуют" в американских пунктах отправки во Вьетнам, а канадцам этого не надо. Канадцы главные коллекторы мексиканцев!

              С такой мексиканской моделью, я бы согласился.


    1. sim2q
      02.07.2025 19:31

      Для справки:

      тоже для справки : CNTRL+Enter :)


  1. saag
    02.07.2025 19:31

    Работу транзистора, работающего в режиме лавинного пробоя вы, хомо, можете наблюдать во время грозы:-)


  1. tmaxx
    02.07.2025 19:31

    Прекрасная статья!

    Вот это место я не понял:

    Возникает оно из-за того, что электроны донорной примеси в области n-типа, не закрепленные в ковалентных связях (т.к. кол-во возможных ковалентных связей меньше, чем кол-во электронов), блуждают по кристаллу полупроводника

    Разве примеси в n-области не состоят из атомов с 5 валентными электронами (например, фосфора)? Получается валентных связей там больше, чем в кремнии, а не меньше.


    1. KonstantinC Автор
      02.07.2025 19:31

      Получается валентных связей там больше, чем в кремнии, а не меньше.

      Как я понимаю, мы говорим об одном и том же, только путаница возникла из-за того чего там больше или меньше.

      Позже попробую переформулировать текст в статье, раз это может вызвать путаницу.

      Ну а здесь отвечу так. Атом кремния может предоставить 4 ковалентные связи (4 электрона для связи). А атом донара может предоставить 5 ковалентных связей (5 электронов). Соответственно, один электрон донора оказывается в этой комбинации лишним и "болтается" по кристаллу. Причем, связь его с ядром довольно слабая (по-моему, читал у Шокли, что радиус его орбиты охватывает чуть ли не 15-20 шагов кристаллической решетки), т.е. притяжение к материнскому ядру еле присутствует. Поэтому, даже без каких либо внешних воздействий этот электрон отправляется гулять по кристаллической решетке (летая по такой орбите всегда можно встретиться с препятствием и отскочить куда попало). Эти "неприкаянные" электроны создают очень разряженный "электронный газ" равномерно распределенный по всему кристаллу.


  1. Vilos
    02.07.2025 19:31

    Статья хорошая...даже очень, но очень нехватает визуализации к ней...картинок или гифок. Не всегда люди понимают такой большой поток информации в виде текста особенно новички студенты и школьники (у них сейчас вообще вся информация должна успеть в 15 секундный тикток уложиться). Но по существу 5.


    1. KonstantinC Автор
      02.07.2025 19:31

      Спасибо за отзыв!

      Делать иллюстрации к тексту - самое сложное, тем более хорошие иллюстрации (всегда что-то не нравиться). Занимает 70-80% времени.

      Я начал писать эту статью про полупроводники как таковые, даже сделал гифки с кристаллической решеткой. Но потом понял, что это бездонный океан - так писать про полупроводники. Отложил полупроводники в сторону и выбрал, по моему мнению, компромиссное место в этой теме: биполярный транзистор, который включает в себя узкие места для понимания его работы и требует чуть углубленного описания работы полупроводников.


  1. alcotel
    02.07.2025 19:31

    Очень хорошо объяснили, особенно мысль, что неосновным носителям рп-переход не мешает. Даже понятнее, чем про мексиканцев.

    Можно ещë добавить, что в полупроводниковой технике почти все важные процессы происходят на очень маленьких дистанциях, сравнимых с длиной свободного пробега. И в огромных электрических полях, сравнимых с полем пробоя.

    Но зато стало непонятно: почему в рп-переходе поле есть, а напряжения на контактах нет? Ну, если светом не светить, конечно.


    1. Flammmable
      02.07.2025 19:31

      Про мексиканцев - полная шляпа, а здесь как раз таки всё по полочкам.


    1. KonstantinC Автор
      02.07.2025 19:31

      Но зато стало непонятно: почему в рп-переходе поле есть, а напряжения на контактах нет? Ну, если светом не светить, конечно.

      Оно там есть, пока не появляется человек, желающий его померить))

      На самом деле оно есть, только тепловой ток мизерный. Для его увеличения надо или греть образец, или как Вы заметили освещать (каким-либо способом подводить энергию), для увеличения генерации электрон-дырочных пар в районе p-n перехода.


      1. alcotel
        02.07.2025 19:31

        ВАХ освещëнного p-n- перехода, да, сдвигается вниз, и проходит через 4 квадрант, откуда можно извлечь энергию.

        Но вот по опыту ВАХ горячего перехода точно также проходит через точку 0 V и 0 A, как и холодного. (Строго говоря, комнатная температура 300 К ничем принципиально не отличается от 100 К и 1000 К) И даже при нулевом токе на контактах почему-то не видно барьерного потенциала.

        Из теплового шума - да, можно извлечь энергию. А вот из поля горячего p-n- перехода - не получается почему-то.


        1. KonstantinC Автор
          02.07.2025 19:31

          Вопрос в том о какой ВАХ идет речь. Обычно о ВАХ говорят когда прикладывают напряжение к прибору.

          Теоретически я вижу процесс "съема" энергии с pn перехода следующим образом.

          В момент замыкания p и n областей проводником, происходит уравнение их потенциалов (из p-области электроны частично перебираются в n-область), соответственно, потенциал p-области повышается, а n-области понижается. Из-за этого нарушается баланс на pn-переходе. Стремиться восстановить баланс будут вновь сгенерированные пары электрон-дырка. Так как количество рекомбинаций при этом уменьшиться образец должен начать остывать. Пополнять энергию он будет из вне (температурой). С другой стороны температура будет выделяться на проводнике. И так по кругу. Вечный двигатель тут не получится.

          Так я это вижу. Возможно я и не прав. В эту тему я не погружался.