- •Электронный вариант конспекта по дисциплине «Электронные приборы»
- •Электропроводность полупроводников.
- •Собственная электропроводность п/п.
- •Основы квантовой статистики
- •Примесные п/п.
- •Электронно-дырочный переход
- •Физические процессы в симметричном р-n – переходе
- •Условия равновесия
- •Изменение концентрации зарядов в р-n – переходе
- •Плотность диффузионного тока.
- •Плотность дрейфового тока. Дырочный ток.
- •Ширина запирающего слоя (зс)
- •Различные виды переходов Несимметричный переход
- •Контакт металл - п/п Контакт Ме – n-п/п
- •Контакт Ме – п/п p-типа
- •Пробой p-n-перехода.
- •Ёмкости p-n-перехода
- •Полупроводниковые диоды Устройство и классификация п/п диодов
- •Вах диода
- •Статические параметры диодов
- •Зависимость характеристики и параметров диодов от температуры
- •Выпрямительные диоды
- •Параметры вд
- •Параллельное соединение диодов
- •Последовательное включение диодов
- •Особенности германиевых и кремниевых вд
- •Импульсные диоды
- •Стабилитроны и стабисторы
- •Варикапы
- •Транзисторы
- •Биполярные транзисторы
- •Режимы работы.
- •Токи в транзисторе
- •Схемы включения биполярного транзистора
- •Транзистор как чп
- •Параметры бт в схеме с об
- •Параметры бт в схеме оэ
- •Параметры бт в схеме с ок
- •Режим большого сигнала
- •Особенности транзисторов на вч при малых сигналах
- •Эквивалентная схема транзистора
- •Полевые транзисторы
- •Транзисторы, управляемые с помощью p-nперехода или барьера Шоттки
- •Пт с изолированным затвором.
- •Принцип работы пт с индуцированным каналом.
- •Пт со встроенным каналом.
- •Приборы с отрицательным сопротивлением
- •Туннельный диод
- •Токи в тд
- •Тиристоры
- •Динисторы. Переход п2 обычно считается коллекторным переходом. Динисторы можно рассматривать как два включённых навстречу друг другу транзистора.
- •Iвыкл III
- •Тринисторы
- •Симисторы
- •Фотоэлектронные приборы
- •Фотоэлемент
- •Светодиоды
- •Диод Устройство и принцип действия
- •Статические параметры диода
- •Предельные параметры диода
- •Устройство и принцип действия триодов
- •Статические параметры триода
- •Тетроды
- •Пентоды
- •Электронно-лучевые приборы
- •Принципы управления электронным лучом
- •Осциллографические трубки с электростатической фокусировкой и отклонением
- •Приложение 1: «Телевизоры на жк-панелях»
- •Глава 1. Исторический обзор развития микроэлектроники.
- •1.1. Основные направления развития электроники.
- •1.2. История развития микроэлектроники.
- •Глава 2. Общие сведения о полупроводниках
- •2.1. Полупроводники и их электрофизические свойства
- •2.2. Структура полупроводниковых кристаллов
- •2.3. Свободные носители зарядов в полупроводниках
- •2.4. Элементы зонной теории твердого тела.
- •Глава 3. Методы получения монокристаллов кремния
- •3.1. Метод Чохральского
- •3.2. Метод зонной плавки
- •Глава 4. Электронно-дырочный переход.
- •4.1. Образование p-n-перехода.
- •4.2. Вольтамперная характеристика p-n-перехода.
- •Глава 5. Биполярные и полевые транзисторы.
- •5.1. Структура биполярных транзисторов и принцип действия.
- •5.2. Полевой транзистор с управляющим p-n-переходом.
- •5.4. Методы получения транзисторов.
- •Глава 6. Интегральные схемы.
- •6.1. Общие понятия.
- •6.2. Элементы биполярных полупроводниковых ис.
- •6.3. Элементы ис на мдп-структуре.
- •Глава 7. Большие интегральные схемы.
- •7.1. Общие положения.
- •Глава 8. Технологический процесс изготовления ис.
- •Глава 9. Гибридные интегральные схемы.
- •Глава 10. Методы обеспечения качества и надежности в процессе серийного производства ппи.
- •10.1. Общие понятия.
- •10.2. Система получения и использования информации при проведении работ по повышению надежности ппи.
- •10.3. Требования по обеспечению и контролю качества ис в процессе производства.
Примесные п/п.
Резко повысить электропроводность п/п можно путём введения в него примесей.
Добавлением 5-валентной примеси получается п/п с электронной проводимостью – n-типа. Добавлением 3-валентной примеси – п/п с дырочной проводимостью –p-типа.
Предположим, в решётке кремния вместо атома кремния оказался 5-валентный атом фосфора с 5 электронами на внешней оболочке. 4 электрона образуют ковалентные связи, а 5-ый оказывается лишним.
Этот пятый электрон под действием тепловой энергии легко отрывается от атома и становится свободным электроном, а атом фосфора становится неподвижным положительным ионом.
В примесных п/п, как и в собственных, будут создаваться свободные электроны за счёт разрыва ковалентной связи. Но свободных электронов будет всегда больше, чем дырок.
Полученный п/п имеет больше свободных электронов, чем дырок. Электрическая нейтральность кристалла не нарушается. П/п называются п/п n-типа, что означает, что основными носителями заряда являются электроны.
5-валентные атомы примесей называются донорами.
Если добавить к чистому п/п 3-валентную примесь, то получим п/п p-типа, называемый так потому, что в нём число дырок больше числа свободных электронов. Атом примеси имеет 3 электрона на внешней оболочке. Эти электроны образуют ковалентные связи с тремя соседними атомами кремния. Для образования четвёртой связи у него недостаёт одного электрона. Под действием тепловой энергии сюда может перейти валентный электрон с соседнего атома кремния. Энергия связи атома примеси с перешедшим электроном сильнее, чем энергия ковалентной связи. Поэтому в соседнем атоме п/п образуется дырка, а атом примеси становится неподвижным отрицательным ионом. Кристалл в целом остаётся нейтральным.
Примеси, с помощью которых получается дырочная проводимость, называются акцепторными. Основные носители заряда – дырки, неосновные – электроны.
Для большинства электрических приборов концентрация примесей находится в пределах 1015-1017ат/см3, но для некоторых п/п приборов концентрация примесей может достигать 1021ат/см3.
Рассмотрим энергетические диаграммы примесных п/п
n:ЗПp:ЗП
W с Wд Wс
WФ Fкв(W) WФ
WВ Fкв(W)WА
ВЗ WВВЗ
На этих диаграммах показаны функции распределения и уровни Ферми.
В n-п/пдля того, чтобы пятый валентный электрон донорной примеси, не создавая ковалентных связей, смог оторваться от донора и стать свободным, ему необходимо сообщить дополнительную энергию около 0,01 эВ.
С точки зрения зонной теории это означает, что данные электроны атома донора должны располагаться на энергетическом уровне Wд, расположенном в запрещённой зоне на 0,01 эВ ниже дна зоны проводимости. Наличие электронов на донорном уровне увеличивает вероятность перехода электронов в зону проводимости. Повышение этой вероятности на диаграмме отображено смещением функцииFкв(W).
Т.к. Fкв(W) всегда симметрична относительноWф , то и уровень Ферми смещается вверх.
Уменьшение концентрации дырок объясняется тем, что при большом числе свободных электронов усиливаются процессы рекомбинации.
В p-п/ппоявляется акцепторный уровень в запрещённой зоне вблизи потолка валентной зоны. Чтобы валентный электрон атома кремния разорвал ковалентную связь и смог перейти на орбиту ковалентной связи акцепторного атома, требуется всего лишь 0,01 эВ. При комнатной температуре таких переходов будет столько, сколько акцепторной примеси в п/п. При этом снижается вероятность занятия электронами уровней в валентной зоне, а вероятность появления дырок в этой зоне увеличивается. Наличие большого числа дырок приводит к усилению рекомбинации, и это снижает вероятность нахождения электронов на уровнях зоны проводимости.
На зонной диаграмме это отражается соответствующим смещением вниз кривой Fкв(W)и уровня Ферми.
Установлено, что во сколько раз возрастает концентрация носителей одного знака, во столько раз уменьшается концентрация носителей другого знака. Поэтому произведение концентраций носителей противоположных зарядов для данного п/п при заданной температуре будет величиной постоянной.
Nn*Pn=Ni*Pi=Ni2
Pp*Np=Ni*Pi=Pi2
В собственном п/п, металле, примесном п/п при приложении э.п. возникает ток, который принято называть дрейфовым током.При внедрении примесей в п/п возможна такая ситуация, когда в одной части п/п одноименных носителей заряда будет больше, чем в другой части. В этом случае возникает перемещение носителей заряда в направлении понижения их концентрации, т.е. диффузия. Такое перемещение зарядов образуетток диффузии, который прямо пропорционален градиенту концентрации:
Grad N = dN/dX
Где dN– изменение концентрации носителей заряда данного знака;
dX – расстояние, на котором происходит это изменение.
Плотность тока диффузии, образованного перемещением электронов (дырок) в п/п, определяется следующим выражением:
Jдиф n = qDN gradN = qDN
DN – коэффициент диффузии электронов
T – температурный потенциал (при комнатной температуре –25мВ)