Вопросы к экзамену по физическим основам электроники.

1. Структура полупроводников и типы проводимости.

2. Зонная структура полупроводников.

3. Электрические переходы.

4. Идеализированный р-n переход.

5. Вентильные свойства p-n перехода.

6. Емкость р-n перехода.

7. Температурные свойства р-n перехода.

8. Пробой р-n перехода.

9. Переход металл-полупроводник.

10. Переход между полупроводниками одного типа проводимости.

11. Типы полупроводниковых диодов.

12. Вольт-амперная характеристика полупроводникового диода.

13. Выпрямительные диоды.

14. Типы выпрямительных схем.

15. Импульсные диоды. Диоды Шотки.

16. Стабилитрон. Стабистор.

17. Варикап. Туннельный диод.

18. Типы и устройство биполярных транзисторов.

19. Режимы работы и схемы включения биполярного транзистора.

20. Вольт-амперные характеристики биполярного транзистора в схеме с общей базой.

21. Вольт-амперные характеристики биполярного транзистора в схеме с общим эмиттером .

22. Расчет рабочего режима транзистора. Рабочая точка.

23. Режимы работы класса A, B, C биполярного транзистора.

24. Режим работы класса D биполярного транзистора.

25. Малосигнальные параметры биполярного транзистора.

26. Линейная модель биполярного транзистора.

27. Предельные параметры биполярного транзистора.

28. Нелинейная модель биполярного транзистора.

29. Динистор.

30. Тиристор.

1. Структура полупроводников и типы проводимости.

(Не все взято из лекций)

Полупроводник  — материал, электрические свойства которого в сильной степени зависят от концентрации в нём химических примесей и внешних условий (температура, излучение и пр.).

Полупроводники представляют собой кристаллы, которые можно разбить на множество повторяющихся однотипных элементарных ячеек. Такие ячейки - структурные "молекулы" кристалла - подобно химическим молекулам состоят из нескольких атомов.  Кристаллическая решетка кремния называется тетраэдрическои или решеткой типа алмаза. Она характерна также для германия и всех четырехвалентных элементов. В основе такой решетки лежит пространственная фигура - тетраэдр, в углах и центре которой расположены атомы.  Характерная особенность тетраэдрическои системы заключается в одинаковом расстоянии центрального атома от четырех угловых. Каждый угловой атом в свою очередь служит центральным для других четырех ближайших атомов. Совокупность нескольких тетраэдров образует элементарную ячейку кубической формы с размером ребра около 0,5 нм (постоянная решетки). 

Полупроводниками являются вещества, ширина запрещённой зоны (Запрещённая зона — область значений энергии, которыми не может обладать электрон в идеальном (бездефектном)кристалле.которых составляет порядка нескольких электрон-вольт (эВ)…… Ширина запрещённой зоны — это ширина энергетического зазора между дном зоны проводимости и потолкомвалентной зоны, в котором отсутствуют разрешённые состояния для электрона.)

Структура: Полупроводниковые материалы по структуре делятся на кристаллические, твёрдые, аморфные и жидкие.

Кристаллические: Наибольшее практическое применение находят неорганические кристаллические полупроводниковые материалы, которые по химическому составу разделяются на следующие основные группы.

• Элементарные полупроводники: Ge, Si, углерод (алмаз и графит), В, α-Sn (серое олово), Те, Se. Важнейшие представители этой группы — Ge и Si имеют кристаллическую решётку типа алмаза (алмазоподобны). Являются непрямозонными полупроводниками; образуют между собой непрерывный ряд твёрдых расплавов, также обладающих полупроводниковыми свойствами.

• Соединения типа A^IIIB^V элементов III и V группы периодической системы имеют в основном кристаллическую структуру типа сфалерита. Связь атомов в кристаллической решётке носит преимущественно ковалентный характер с некоторой долей (до 15 %) ионной составляющей. Плавятся конгруэнтно (без изменения состава). Обладают достаточно узкой областью гомогенности, то есть интервалом составов, в котором в зависимости от параметров состояния (температуры, давления и др.) преимуществ. тип дефектов может меняться, а это приводит к изменению типа проводимости (n, р) и зависимости удельной электрической проводимости от состава. Важнейшие представители этой группы: GaAs, InP, InAs, InSb, GaN, являющиеся прямозонными полупроводниками, и GaP, AlAs — непрямозонные полупроводники. Многие полупроводниковые материалы типа А^IIIВ^V образуют между собой непрерывный ряд твёрдых расплавов — тройных и более сложных (Ga_xAl_1-xAs, GaAs_xP_1-x, Ga_xIn_1-xP, Ga_xIn_1-xAs_yP_1-y и т. п.), также являющихся важными.

• Соединения элементов VI группы (О, S, Se, Те) с элементами I—V групп периодической системы, а также с переходными металлами и РЗЭ. В обширной группе этих полупроводниковых материалов наибольший интерес представляют соединения типа A^IIB^VI с кристаллической структурой типа сфалерита или вюрцита, реже типа NaCl. Связь между атомами в решётке носит ковалентно-ионный характер (доля ионной составляющей достигает 45-60 %). Имеют большую, чем у полупроводниковых материалов типа A^IIIB^V, протяженность области гомогенности. Для соединений типа A^IIB^VI характерен полиморфизм и наличие политипов кубической и гексагональной модификаций. Являются в основном прямозонными полупроводниками. Важнейшие представители этой группы полупроводниковых материалов — CdTe, CdS, ZnTe, ZnSe,ZnO, ZnS. Многие соединения типа A^IIB^VI образуют между собой непрерывный ряд твёрдых расплавов, характерными представителями которых являются Cd_xHg_1-xTe, Cd_xHg_1-xSe, CdTe_xSe_1-x. Физические свойства соединений типа A^IIB^VI в значительной мере определяются содержанием собственных точечных дефектов структуры, имеющих низкую энергию ионизации и проявляющих высокую электрическую активность.

• Тройные соединения типа A^IIB^IVC^V₂ кристаллизуются в основном в решётке халькопирита. Обнаруживают магнитное и электрическое упорядочение. Образуют между собой твёрдые расплавы. Во многом являются электронными аналогами соединений типа А^IIIВ^V. Типичные представители: CuInSe₂, CdSnAs₂, CdGeAs₂, ZnSnAs₂.

• Карбид кремния SiC — единственное химическое соединение, образуемое элементами IV группы. Обладает полупроводниковыми свойствами во всех структурных модификациях: β-SiC (структура сфалерита); α-SiC (гексагональная структура), имеющая около 15 разновидностей. Один из наиболее тугоплавких и широкозонных среди широко используемых полупроводниковых материалов.

Виды проводимости: