gurtov

Приложение Б. Решения задач

Глава 10. Светодиоды и полупроводниковые лазеры

10.1. Доля излучаемого света через лицевую поверхность светодиода F и коэффициент отражения R определяются:

P0 = F·Pi — внешняя мощность (Pi — внутренняя мощность); P0 = η·I·V; Pi = η·I·V/F; 1/F = 4·(3,6)2/(1 – (2,4/4,6)2) = 71,23; Pi = 0,015·0,05·2·71,23 = 0,106845 = 107 мВт.

10.2. Аналогично задаче 10.1 имеем η = P0 / (I·V ), учитывая ,что:

P0 = F·3·I·V = F·I·V /(I·V ) = 0,3F и F = 0,014,

η = 0,0042.

10.3.Pf = Pdc/(1 + ω2τ2)1/2; Pf(20) = 254,2 мкВт; Pf(100) = 90,9 мкВт.

10.4.Eg = 1,43·0,92 = 1,315; Δλ = 1,24/1,315 – 1,24/1,43 = 0,075 мкм.

Глава 11. Фотоприемники

где re — число появившихся при облучении электронов, rp — число фотонов с длиной волны l. Имеем Ip = 6,4 мА.

б) Режим фотоЭДС: Iф = 0. Тогда Iф = I0(exp (qV /kT ) –1), учитывая, что Iф >> I0:

VХХ = 0,345 В.

11.2.Аналогично задаче 11.1. имеем: R = 0,36 А/Вт, P = 2,78 мкВт, rb = 1,26·1013 с–1.

11.3.Входная оптическая мощность P = rp·hc/λ = 1,32·10–9 Вт, фототок Ip = R·P = 7,95·10–10 А, выходной ток I = M·Ip = 15,9 нА, re = Ip / q = 5·109 с–1, отсюда квантовый выход η = re/rp = 0,5.

11.4.Ток на выходе I = M·Iф, отсюда имеем Iф = 5·10–11 А и rp = Iф /(q η) = 6·108 с–1.

ПРИЛОЖЕНИЕ В

ОСНОВНЫЕ ОБОЗНАЧЕНИЯ

А — постоянная Ричардсона С — электрическая емкость

CB — барьерная емкость p-n-перехода

CD — диффузионная емкость p-n-перехода CFB — емкость плоских зон

Cp — емкость свободных дырок

Csc — емкость области пространственного заряда Dn(p) — коэффициент диффузии электронов (дырок)

dox — толщина подзатворного диэлектрика МДП-структуры EC — энергия дна зоны проводимости

ED(A) — энергия донорных (акцепторных) уровней Eg — ширина запрещенной зоны полупроводника Ei — энергия середины запрещенной зоны

Es — величина электрического поля на поверхности

Et — энергия поверхностных состояний, отсчитанная от середины запрещенной зоны

EV — энергия потолка валентной зоны F — энергия уровня Ферми

Fn(p) — квазиуровень Ферми для электронов (дырок)

Fs — величина энергии Ферми на поверхности полупроводника

fc(v) — неравновесная функция распределения для электронов в зоне проводимости (в валентной зоне)

Gn(p) — темп генерации свободных электронов (дырок) в полупроводнике

G — темп генерации неравновесных электронов и дырок в полупроводнике H — оператор Гамильтона

h — постоянная Планка

ћ — постоянная Планка, деленная на 2π I — сила тока

Iсм — величина тока смещения

J — плотность электрического тока

Jp(n) — дырочная (электронная) компонента плотности тока Js — плотность тока насыщения диода

Jген — генерационный ток

Jрек — рекомбинационный ток

jnE — дрейфовая компонента плотности электронного тока jnD — диффузионная компонента электронного тока

jpE — дрейфовая компонента дырочного тока

jpD — диффузионная компонента дырочного тока

jп/п(Me) — плотность тока термоэлектронной эмиссии с поверхности полупроводника (металла)

k — волновой вектор

LD — длина экранирования Дебая Lp — диффузионная длина

Приложение В. Основные обозначения

m0 — масса изолированного электрона mn*(p)– эффективная масса электрона (дырки)

NC(V) — эффективная плотность состояний в зоне проводимости (в валентной зоне) ND(A) — концентрация легирующей донорной (акцепторной) примеси

NM — плотность зарядов на металлической плоскости единичной площади Nss — плотность моноэнергетических состояний

Nt — концентрация рекомбинационных центров; плотность поверхностных состояний

nn — неравновесная концентрация электронов как основных носителей в полупроводнике n-типа

nn0 — равновесная концентрация электронов как основных носителей в полупроводнике n-типа

np — неравновесная концентрация электронов как неосновных носителей в полупроводнике p-типа

np0 — равновесная концентрация электронов как неосновных носителей в полупроводнике p-типа

n — избыточная концентрация электронов

ni — собственная концентрация носителей заряда ns — поверхностная концентрация электронов

pn — неравновесная концентрация дырок pn0 — равновесная концентрация дырок ps — поверхностная концентрация дырок

Q — электрический заряд на единицу площади

QB — заряд ионизованных доноров и акцепторов в ОПЗ на единицу площади QM — заряд на металлическом электроде

Qn — заряд свободных электронов

Qsс — заряд в области пространственного заряда Qss — заряд поверхностных состояний

R — темп рекомбинации

Rн — сопротивление нагрузки

RD — дифференциальное сопротивление диода по постоянному току rD — дифференциальное характеристическое сопротивление диода S — площадь

T — абсолютная температура Te — электронная температура t — время

U — потенциальная энергия электронов; разность потенциалов Uк — контактная разность потенциалов

V — объем кристалла

VG — напряжение, приложенное к затвору полевого транзистора

VFB — напряжение на затворе МДП-структуры, соответствующее нулевому значению поверхностного потенциала в полупроводнике

Vox — напряжение, приложенное к оксиду VT — пороговое напряжение на затворе

W — толщина квазинейтрального объема базы диода или транзистора υ — скорость

x, y, z — пространственные координаты Гn(p) — избыток электронов (дырок)

γ — коэффициент рекомбинации ε — относительная диэлектрическая проницаемость

Приложение В. Основные обозначения

ε0 — электрическая постоянная

εs — относительная диэлектрическая проницаемость полупроводника κ — коэффициент переноса λ — длина свободного пробега; длина волны света

μn(p) — подвижность электронов (дырок) ν — частота света ρ — удельное сопротивление

σ — удельная электрическая проводимость

σn(p) — электронная (дырочная) компонента проводимости τ — время жизни неравновесных носителей τм — время релаксации Максвелла

τn — время жизни неосновных носителей в области пространственного заряда υ — скорость Ф — термодинамическая работа выхода

ФМе — термодинамическая работа выхода из металла

Фn(p) — термодинамическая работа выхода в полупроводниках n (p)-типа φ — электрический потенциал

φ0 — расстояние от уровня Ферми до середины запрещенной зоны в квазинейтральном объеме полупроводника

φms — контактная разность потенциалов φn(p) — объемное положение уровня Ферми χ — электронное сродство полупроводника ψ — волновая функция

ψs — поверхностный потенциал

ω — частота измерительного сигнала

Обозначения приборных параметров

Ниже приводятся обозначения основных параметров полупроводниковых приборов в соответствии с действующими стандартами, а также наиболее часто используемые в международной документации и других изданиях.

Для обозначения амплитудных значений добавляют индекс m. Например: Iem — амплитудный ток эмиттера.

Для обозначения максимально (минимально) допустимых значений добавляют индексы max, min.

Диод выпрямительный

C — емкость диода

CБ — барьерная емкость

CD — диффузионная емкость

Cп Cd — емкость перехода диода

Cд Ctot — общая емкость диода

Iэкр Iут ID — ток утечки

Iпр IF — постоянный прямой ток

Iобр IR — постоянный обратный ток

If — прямой ток

Ifsm — прямой ток перегрузки

Ir — обратный ток

K — коэффициент выпрямления

Pмакс Pmax — максимально допустимая мощность

Приложение В. Основные обозначения

rдиф Rd r — дифференциальное сопротивление

rD — дифференциальное характеристическое сопротивление диода RD — дифференциальное сопротивление диода по постоянному току Uпр UF — постоянное прямое напряжение

Uобр UR — постоянное обратное напряжение Ur — обратное напряжение

Uf — постоянное прямое напряжение Uоткр Uост UT — остаточное напряжение

Диод импульсный

If — прямой ток

Ifm — импульсный прямой ток

Pи.макс Pимп.макс PM макс — максимально допустимая импульсная мощность

Trr — время обратного восстановления

Ur — обратное напряжение

Uf — прямое напряжение

Варикап

Ctot — общая емкость

Kс — коэффициент перекрытия по емкости

Q — добротность варикапа

Ur — обратное напряжение

Тиристор

Uвкл — напряжение включения Uперекл — напряжение переключения

α — суммарный коэффициент передачи тока первого и второго транзисторов

Тринистор

Iупр — управляющий ток базы

Стабилитрон

Iст IZ — ток стабилизации

Р — рассеиваемая мощность

Rдиф — дифференциальное сопротивление

rст rZ — дифференциальное сопротивление стабилитрона Uстаб Uст Uz UZ — напряжение стабилизации

Туннельный диод

Eпр — напряженность электрического поля пробоя

Диод Ганна

Eпор — пороговая напряженность электрического поля

P — генерируемая мощность

W — длина образца

Транзистор

P — мощность, рассеиваемая в приборе

Pвых Pout — выходная мощность

Uвх Uin, UBE — входное напряжение

Приложение В. Основные обозначения

Биполярный транзистор

Eк EC — напряжение источника питания коллекторной цепи

h11 — входное сопротивление при коротком замыкании на выходе h22 — выходная проводимость при холостом ходе во входной цепи

h12 — коэффициент обратной связи при холостом ходе во входной цепи h21 — коэффициент передачи тока при коротком замыкании на выходе IК Iк IC — ток коллектора

IБ Iб IB — ток базы

IЭ Iэ IE — ток эмиттера

IКБ0 Iк0 ICB0 — обратный ток коллектора IЭБ0 Iэ0 IEB0 — обратный ток эмиттера

p”n — ширина обедненной области биполярного транзистора Rб RB — сопротивление в цепи базы

rб — объемное сопротивление базы rб rbb — сопротивление базы

rэ — сопротивление эмиттерного перехода rк — сопротивление коллекторного перехода

Uкб UCB — напряжение между коллектором и базой

Uкэ UCE — напряжение между коллектором и эмиттером Uэб UEB — напряжение между эмиттером и базой

W — ширина базы биполярного транзистора y11, y22 — входная и выходная проводимости

y12, y21 — проводимости обратной и прямой передач z11, z22 — входное и выходное сопротивления

z12, z21 — сопротивления обратной и прямой передач α — коэффициент передачи тока эмиттера β — коэффициент усиления

μэк — коэффициент обратной связи эмиттер – коллектор γ — коэффициент инжекции, или эффективность эмиттера κ — коэффициент переноса η — коэффициент неоднородности базы

Полевой транзистор

Сox — удельная емкость подзатворного диэлектрика IсID — ток стока

IзIG — ток затвора

IDS — ток канала исток-сток

R0 — омическое сопротивление Ri — внутреннее сопротивление S — крутизна характеристики

Uзи UGS — напряжение затвор-исток

Uси UDS — напряжение исток-сток

Uзс UDG — напряжение сток-затвор

UЗИ пор Uпор UGS(th) VT — пороговое напряжение UЗИ отс Uотс UGS(off) — напряжение отсечки

Vox — падение напряжения на окисном слое VТ — пороговое напряжение

VSS — напряжение, приложенное к подложке μ — коэффициент усиления

Приложение Г

2. Работа выхода из металлов, эВ

4. Универсальные физические постоянные

Заряд электрона q = 1,6·10–19 Кл

Масса покоя электрона m0 = 9,1·10–31 кг = 9,1·10–28 г Постоянная Больцмана k = 1,38·10–23 Дж/К

Постоянная Планка h = 6,63·10–34 Дж·с; ћ = 1,05·10–34 Дж·с Диэлектрическая постоянная ε0 = 8,85·10–12 Ф/м = 8,85·10–14 Ф/см

5. Полезные соотношения

kT (при T = 300 К) = 0,0259 эВ. kT (при T = 77 К) = 0,0066 эВ.

Потенциал в вольтах (В) численно равен энергии в электронвольтах (эВ). 1 эВ = 1,6·10–19 Дж.

ln x = 2,3 lg x.

Список рекомендованной литературы

Монографии и научные издания

1.Андо T. Электронные свойства двумерных систем // T. Андо, А. Фаулер,

Ф.Штерн. М.: Мир, 1985. 415 с.

2.Арсенид галлия. Получение, свойства и применение // Под ред. Ф. П. Кесаманлы и Д. Н. Наследова. М.: Наука, 1973.

3.Асеев А. Л. (отв. ред.), Нанотехнологии в полупроводниковой электронике // А. Л. Асеев. СО РАН, 2004. 368 с.

4.Берман Г. П. Введение в квантовые компьютеры // Г. П. Берман, Г. Д. Дулен, Р. Майньери, В. И. Цифринович, РХД. 2004. 188 с.

5.Валиев К. А. Квантовые компьютеры: надежды и реальность (изд. 2-е, испр.) // К. А. Валиев, А. А. Кокин, РХД, 2004, 320 с.

6.Гаряинов С. А., Абезгауз И. Д. Полупроводниковые приборы с отрицательным сопротивлением. М.: Энергия, 1970. 320 с.

7.Гирвин С. Квантовый эффект Холла: необычные возбуждения и нарушенные симметрии // С. Гирвин. РХД, 2003. 156 с.

8.Ермаков О. Н. Прикладная оптоэлектроника, М.: Техносфера. 2004. 416 с.

9.Бахтизин Р. З. Голубые диоды // Соросовский образовательный журн. 2001. Т. 7, № 3. С. 75–83.

10.Зи С. Физика полупроводниковых приборов // С. Зи. М.: Мир, 1984. T. 1, 456 с; T. 2, 456 с.

11.Кобболд Р. Теория и применение полевых транзисторов (пер. с англ. В. В. Макарова) //Р. Кобболд. Л.: Энергия, 1975. 304 с.

12.Лукьянчикова Н. Б. Флуктуационные явления в полупроводниках и полупроводниковых приборах. М.: Радио и связь. 1990. 296 с.

13.Нанотехнология в ближайшем десятилетии. Прогноз направления исследований // Под ред. Роко М. К. и др. М: Мир, 2002. 292 с.

14.Негатроника // А. Н. Серьезнов, Л. Н. Степанова, С. А. Гариянов и др. Новосибирск: Наука. Сибирская изд. фирма РАН, 1995. 315 с.

15.Носов Ю. Р. Математические модели элементов интегральной электроники //Ю. Р. Носов, К. О. Петросянц, В. А. Шилин. М.: Советское радио. 1976, 304 с.

16.Першенков В. С. Поверхностные радиационные эффекты в элементах интегральных микросхем //В. С. Першенков, В. Д. Попов, А. В. Шальнов, М.: Энергоатомиздат, 1988. 255 с.

17.Полупроводниковые приборы в схемах СВЧ // Под. ред. М. Хауэса, Д. Моргана. Пер. с англ. под ред. д-ра физ.-мат. наук В. С. Эткина. М.: Мир, 1979. 448 с.

18.Пул Ч. Нанотехнологии // Ч. Пул, Ф. Оуэнс. М.: Техносфера, 2004. 328 с.

19.Розеншер Э., Винтер Б. Оптоэлектроника. М.: Техносфера, 2004. 592 с.

20.Тагер А. С. Лавинно-пролетные диоды и их применение в технике СВЧ // Тагер А. С., Вальд-Перлов В. М., М.: Советское радио, 1968. 480 с.

21.Трубецков Д. И. Введение в синергетику. Хаос и структуры (сер. «Синергетика: от прошлого к будущему») // Д. И. Трубецков. УРСС, 2004. 240 с.

22.Твердотельная СВЧ-электроника // Электроника. 2005. № 4 (62). С. 80.

Список рекомендованной литературы

23.Усанов Д. А., Скрипаль А. В. Физика работы полупроводниковых приборов

всхемах СВЧ. Саратов: Изд-во Сарат. ун-та, 1999. 376 с.

24.Шур М. Современные приборы на основе арсенида галлия. М.: Мир, 1991. Пер. с англ. 632 с.

25.Mayer J. W. Electronic materials science: for integrated circuits in Si and GaAs // J. W. Mayer, S. S. Lau, NY: Machmillan Publicher Company, 1990. 476 p.

26.Morgan D. V. Physics and Technology of Heterojunction Devices // L.: P. Peregrims,

1991.

27.Morkoz H. Nitride Semiconductors and Devices // 2nd ed.; Springer Verlag, Verginia, 2006, 1000 p.

28.Nicollian E. H. MOS (Metal Oxide Semiconductor) Physics and Technology // E. H. Nicollian, J. R. Brews. NY: Wiley, 1982, 928 p.

29.Weisbuch C. Quantum Semiconductor Structures // C. Weisbuch, B. Vinter, Boston: Academic Press, 1991

30.Sah C.-T. Fundamentals of solid-state electronics // C.-T. Sah. World Scientific, 1991. 1011 p.

31.Sze S. M. High-Speed Semiconductor Devices // S. M. Sze, N. Y.: Wiley, 1990.

Учебники и учебные пособия

32.Аваев Н. А. Основы микроэлектроники: Учеб. пособие для вузов // Н. А. Аваев,

Ю.Е. Наумов, В. T. Фролкин. М.: Радио и связь, 1991. — 228 с.

33.Алешина Л. А. Рентгенография кристаллов: Учеб пособие // Л. А. Алешина, О. Н. Шиврин; ПетрГУ. — Петрозаводск, 2004. 320 с.

34.Антониетти П. МОП-СБИС. Моделирование элементов и технологических процессов // Под ред. П. Антониетти. М.: Радио и связь, 1988. 496 с.

35.Бонч-Бруевич В. Л. Физика полупроводников // В. Л. Бонч-Бруевич, С. Г. Калашников. М.: Наука, 1977. 672 с.

36.Гаман В. И. Физика полупроводниковых приборов: Учеб. пособие // В. И. Гаман. Томск: Изд-во НТЛ, 2000. 426 с.

37.Городецкий Л. Ф. Полупроводниковые приборы // Л. Ф. Городецкий, А. Ф. Кравченко, М.: Высшая школа, 1967, 348 с.

38.Гуртов В. А. Твердотельная электроника: Учеб. пособие // В. А. Гуртов; ПетрГУ. — Петрозаводск, 2004. — 312 с.

39.Гуртов В. А. Основы физики структур металл – диэлектрик – полупроводник // В. А. Гуртов. Петрозаводск, 1983. 92 с.

40.Гуртов В. А. Полевые транзисторы со структурой металл – диэлектрик – полупроводник // В. А. Гуртов. Петрозаводск, 1984. 92 с.

41.Гуртов В. А. Электронные процессы в структурах металл – диэлектрик – полупроводник // В. А. Гуртов. Петрозаводск, 1984. 116 с.

42.Гуртов В. А. Неравновесные процессы в структурах металл – диэлектрик – полупроводник // В. А. Гуртов. Петрозаводск, 1985. 106 с.

43.Драгунов В. П. Основы наноэлектроники: Учеб. пособие // В. П. Драгунов, И. П. Неизвестный, В. А. Гридчин. Новосибирск: Изд-во НГТУ, 2000. 332 с.

44.Ефимов И. Е., Козырь И. Я., Горбунов Ю. И. Микроэлектроника. Физические и технологические основы, надежность: Учеб. пособие для приборостроит. спец. вузов. 2-е изд., перераб. и доп. М.: Высш. шк., 1986. — 464 с.

45.Киреев А. С. Физика полупроводников // А. С. Киреев. М.: Высш. шк., 1969.

590 с.