Конспект з дисципліни: «Електроніка та мікросхемотехніка»

Електроніка – це галузь науки і техніки, яка вивчає фізичні явища в електровакуумних і напівпровідникових приладах; електричні характеристики і параметри електровакуумних та напівпровідникових приладів; властивості пристроїв і систем, які використовують електровакуумні і напівпровідникові прилади.

Схемотехніка – це є розділ електроніки предметом вивчення якого є дослідження та розробка схемо технічних рішень (електричних та структурних схем), що їх використовують при побудові вузлів і пристроїв інформаційної електроніки та електронної автоматики.

Фізичні основи побудови напівпровідникових приладів. Електрофізичні властивості напівпровідників.

Дія напівпровідників (НП) ґрунтується на застосуванні властивостей напівпровідників.

До НП відносять речовини, які займають проміжне місце між провідниками, діелектриками по величині їх питомого електричного опору. Між провідниками (метали) і напівпровідниками є суттєва відмінність, між НП і діелектриками немає такої чіткої різниці.

Під впливом зовнішніх факторів (випромінювання електричного поля) діелектрик може стати напівпровідником.

Для НП характерна сильна залежність питомого електричного опору (або провідності) від температури і концентрації домішок.

При збільшені температури провідність напівпровідників зростає (опір зменшується), подібно як в електролітів, в провідників навпаки.

В нормальному стані електрони атома стараються зайняти якомога нижчі енергетичні рівні на вищі енергетичні рівні вони переходять при прикладеній зовнішній енергії. Цей процес ще називають збудженням електрона.

При переході з вищого енергетичного рівня на нижчий електрон виділяє квант електромагнітного випромінювання.

Енергетичні діаграми для провідників, напівпровідників, діелектриків.

Провідники напівпровідники діелектрики

1 – рівень енергії, що відповідає зоні провідності електронів

2 – заборонена зона (таких енергій електрони не можуть мати)

3 – Значення енергій електронів, що відповідають зоні валентності.

При температурі абсолютного нуля всі електрони перебувають у валентній зоні, в зоні провідності зовсім немає електронів (матеріали не проводять струм).

При збільшені температури для металів багато електронів з’являються в зоні провідності є багато вільних електронів.

Для НП окремі електрони потрапляють в зону провідності. НП погано проводять струм.

Для діелектриків лише окремі електрони переходять, потрапляють в зону провідності. Діелектрики майже не проводять струм. Очевидно якщо зовнішній вплив сильний то діелектрики проводять струм (температура, іонізоване випромінювання)

НП і діелектрики відрізняються тільки шириною забороненої зони. Для НП її значення 0.5 – 3, Ев, для діелектриків більше 3 Ев.

До НП відносять елементи четвертої групи періодичної системи, це германій і кремній. Для них характерні ковалентні зв’язки, тобто два електрони належать двом різним атомам.

При температурі абсолютного нуля всі валентні електрони приймають участь у міжатомних зв’язках (для чистого НП). При збільшені температури ковалентні зв’язки порушуються і з’являються вільні електрони, НП починає слабенько проводити струм. Ті електрони, які вийшли з ковалентного зв’язку.

Провідність НП зумовлена наявністю вільних електронів називається електронною.

Іони розривають ковалентний зв'язок, утворюється вільне вакантне місце, таке місце називають діркою.

Провідність НП зумовлена наявністю дірок називається дірковою. Напрям руху дірок протилежний руху електронів.

Разом все це є власною провідністю напівпровідників (рух електронів і дірок). Вона є дуже невелика для таких напівпровідників. Вона збільшується при збільшені температури. Процес утворення вільних носіїв електрону і дірки називається процесом генерації носіїв.

Зворотній процес, коли попадає на вакантне місце – дірку називається рекомбінацією носіїв.

Ці процеси невпинно тривають у напівпровідників.