Возьмем кусок чистого германия или кремния и с одной стороны введем в него донорную примесь, с другой – акцепторную. Это значит, что в половине кристалла будет преобладать электронная проводимость, в другой – дырочная. По количеству зон с разной проводимостью построенный нами прибор как раз и получил свое название «диод»: приставка «ди» означает «два». После введения примеси в полупроводнике оказывается два вида зарядов – примесные (основные) и очень небольшое количество собственных (неосновных) зарядов.
Полупроводниковый диод – это прибор, в котором созданы две зоны с разным типом примесной проводимости: зона р и n .
Включение диода в электрическую цепь
Включим диод в электрическую цепь, для начала в цепь постоянного тока. Обратите внимание, у нас есть две возможности включения: можно подключить диод зоной р к «плюсу» батареи и зоной n – к «минусу»; а можно наоборот: к «плюсу» подключить зону n и к «минусу» – зону р .
Для лампочки или для электроплитки совершенно безразлично, в какую сторону через них пойдет ток, был бы лишь ток. Эти приборы одинаково хорошо светят и греют при любом направлении тока. А вот поведение полупроводникового диода прежде всего зависит от направления тока, от того, какая зона диода подключена к «плюсу», а какая к «минусу» батареи. Поэтому мы рассмотрим оба варианта включения.
Итак, «плюс» батареи подключен к зоне р нашего диода, а «минус» – к зоне n . Избыточные электроны с «минуса» батареи хлынули в зону n , и ее собственные электроны под этим могучим натиском двинулись к границе между зонами, двинулись к рn ‑переходу. С другой стороны, к рn ‑переходу подошли дырки зоны р , испытывающие электрическое давление «плюса» батареи.
Встречаясь на границе, электроны и дырки нейтрализуют друг друга – электроны зоны n занимают свободные места на внешних орбитах атомов зоны р .
При выбранном нами варианте включения диода в обеих его зонах происходит непрерывное упорядоченное движение зарядов к границе, а значит, во всей цепи идет ток.
Можно сказать : при выбранном направлении включения диода он обладает сравнительно небольшим сопротивлением.
А теперь давайте подключим зону р к «минусу» батареи, а зону n – к «плюсу».
При таком включении электроны отходят от границы, уходят в глубь зоны n под влиянием «плюса» батареи (ничего не поделаешь – разноименные заряды притягиваются, и «плюс» тянет к себе отрицательно заряженные электроны), и одновременно под влиянием «минуса» от границы отходят дырки в глубь зоны р . В итоге из области pn ‑перехода почти полностью исчезают свободные заряды, сопротивление этой области резко возрастает, и она практически становится изолятором. А появление изолятора в электрической цепи приводит к прекращению тока. Правда, ток полностью не прекращается (идеальных изоляторов нет!), но он становится очень малым, и мы говорим, что при втором варианте включения полупроводниковый диод тока не проводит.
Теперь нам остается лишь ввести общепринятые наименования– первое направление включения диода назвать прямым, а второе – обратным – и сделать окончательный вывод: полупроводниковый диод обладает односторонней проводимостью, он пропускает ток только в одном направлении. Или иначе: сопротивление полупроводникового диода в прямом направлении мало, в обратном – велико.
За свое главное качество – одностороннюю проводимость – диод получил звание электрического вентиля. По своему поведению в электрической цепи диод действительно похож на вентиль, на устройство, которое пропускает воздух из насоса, например в велосипедную камеру, и не выпускает его обратно.