- •Тема 1 – Основы физики полупроводниковых диодов
- •§1.1 Электрофизические свойства полупроводников
- •§1.2 Электронно-дырочный переход в равновесном состоянии
- •§1.3 Электронно-дырочный переход в неравновесном состоянии
- •§1.4 Вах /вольт амперная характеристика/ p-n-перехода
- •§1.5 Ёмкость p-n-перехода
- •§1.6 Контакты металла с полупроводником
- •Тема 2 – Полупроводниковые приборы
- •§2.1 Полупроводниковые диоды
- •§2.2 Биполярные транзисторы: устройство и принцип действия
- •§2.3 Транзистор, как усилитель напряжения и мощности
- •§2.4 Эффект модуляции толщины базы
- •§2.5 Схемы включения и режимы работы транзисторов
- •§2.6 Статические характеристики биполярного транзистора
- •§2.7 Полевые транзисторы с управляющим входом
- •§2.8 Основные характеристики полевого транзистора
- •§2.9 Полевые транзисторы мдп-структуры
- •§2.10 Тиристоры
- •Тема 3 – Основы микроэлектроники
- •§3.1 Основные понятия микроэлектроники
- •§3.2 Изоляция элементов в монолитных имс
- •Технология «кремний на сапфире»
- •§3.3 Элементы интегральных схем
- •Тема 4 – Усилительные устройства
- •§4.1 Основные характеристики и параметры усилителей
- •§4.2 Нелинейные искажения в усилителях
- •§4.3 Обратная связь в усилителях: классификация
- •§4.4 Влияние обратной связи на параметры усилителя
- •§4.5 Усилители на биполярных транзисторах. Выбор режима работы
- •§4.5 Стабилизация режима работы каскадов на биполярных транзисторах
- •§4.6 Дифференциальные каскады /дк/
- •§4.7 Источники тока
- •§4.8 Операционные усилители: характеристики и параметры
- •§4.9 Линейные схемы на операционных усилителях
§1.4 Вах /вольт амперная характеристика/ p-n-перехода
Под ВАХ будем понимать зависимость тока через p-n-переход от приложенного к нему напряжения.
- уравнение Шокли, где - температурный потенциал
/Н.У./, где
|
-коэффициент Больцмана |
-абсолютная температура = 300К | |
-заряд электрона |
При изменении прямого напряжения на 60мВ ток меняется на порядок.
Тепловой ток – это ток, вызванный термогенерацией в областях полупроводника, прилегающих к границам p-n-перехода на две-три длины диффузии.
Выразим из уравнения Шокли:, т.е. можно оценить дифференциальное сопротивление p-n-перехода:. При прямом смещении. Если через p-n-переход протекает=1мА, то =26 Ом. При ,
Вентиль – это элемент, который пропускает ток в одном направлении.
Явление уменьшения сопротивления базы при увеличении уровня инжекции называется эффектом модуляции сопротивления базы.
В результате получаем уравнение Шокли: , где -коэффициент коррекции.
Для реальных p-n-переходов . Для нахождениянеобходимо измерить напряжение при двух разных значениях тока.
Рост тока с увеличением температуры объясняется тем, что уровень Ферми при увеличении температуры стремится к середине запрещённой зонывысота потенциального барьера уменьшаетсяток через p-n-переход увеличивается.
В реальных p-n-переходах обратный ток имеет 3 составляющих:
Тепловой ток
Ток термогенерации /ток носителей, возникающих в обеднённом слое полупроводника под воздействием температуры/
Ток утечки /ток в обход p-n-перехода, обусловлен наличием различных проводящих плёнок, шунтирующих p-n-переход/
В реальных p-n-переходах наблюдается явление пробоя, под которым понимают резкое увеличение обратного тока.
Различают три вида пробоя:
Тепловой
Лавинный
Туннельный
[1] Тепловой пробой обусловлен нагреванием p-n-перехода при протекании по нему обратного тока. Тепловой пробой необратим.
[2] Лавинный пробой возникает в p-n-переходах при невысокой степени легирования, когда на длине свободного пробега носители успевают приобрести энергию достаточную для ионизации нейтрального атома. Лавинный пробой обратим, если не перешёл в тепловой.
[3] Туннельный пробой наблюдается в p-n-переходах, образованных вырожденными полупроводниками /сильно легированный проводник/. С ростом температуры уменьшается напряжения пробоя.
§1.5 Ёмкость p-n-перехода
Изменение напряжения на p-n-переходе приводит к перераспределению заряда на нём, а значит p-n-переход имеет ёмкость. Ёмкость p-n-перехода принято делить на две составляющие:
Барьерная ёмкость
Диффузионная ёмкость
[1] Барьерная ёмкость - ёмкость конденсатора, обкладками которого являются p и n области, а диэлектриком – обеднённый слой.
; ;
Барьерная ёмкость является преобладающей при обратных и небольших положительных напряжениях. Барьерная ёмкость имеет высокую добротность, поскольку дифференциальное сопротивление велико. На практике барьерная ёмкость бывает от долей пкФ до сотен пкФ.
Варикап – переменная ёмкость, на основе p-n-перехода.
Барьерная ёмкость не зависит от частоты, вплоть до 1012 Гц. Барьерная ёмкость слабо увеличивается с ростом температуры из-за снижения высоты потенциального барьера.
[2] Диффузионная ёмкость обусловлена неравновесными /неосновными/ носителями в базе.
- протекающий через p-n-переход ток | |
- время жизни неосновных носителей в базе | |
- температурный потенциал |
Формула справедлива на низких частотах. На более высоких частотах диффузионная ёмкость стремится к 0. Ёмкость может достигать значений в несколько мкФ. Однако влияние диффузионной ёмкости на быстродействие p-n-перехода не увеличивается во столько же раз.