- •Общие сведения о пп-ках. Собственная проводимость пп-ков.
- •Собственная проводимость полупроводников
- •Прохождение тока через пп.
- •Примесная проводимость пп. Пп n и p типа.
- •Прохождение тока через пп.
- •Электронно-дырочный переход. Образование и свойства p-n перехода.
- •Диоды. Выпрямительные диоды. Устройство, вах. Применение.
- •Биполярный бездрейфовый транзистор. Устройство, принцип действия. Уравнения Iк.
- •Три схемы включения транзистора: об, оэ, ок. Сравнительный анализ.
- •Эквивалентные схемы транзистора для об и оэ.
- •Транзисторы со встроенным и индуцированным каналами.
- •Усилители электрических сигналов. Основные параметры и характеристики усилителя.
- •Частотные и фазовые (линейные) искажения
- •1.2.3. Частотная характеристика усилителя
- •1.2.4. Нелинейные искажения
Общие сведения о пп-ках. Собственная проводимость пп-ков.
Удельное сопротивление () находится в пределах от 10-3- 10-2 до 108 0мсм (у металлов = 10-6...10-4 Омсм, у изоляторов = 108...1022 Омсм.). В настоящее время в полупроводниковых приборах практически используются лишь германий (Ge) и кремний (Si), значительно реже - арсенид галлия (GaAs).
Собственная проводимость полупроводников
Чистые германий и кремний имеют кристаллическую решетку алмазного типа, в которой каждый атом, находящийся в узле, связан с четырьмя другими ближайшими атомами ковалентными связями. Плоский эквивалент такой структуры приведен на рис.1.3, а, а энергетическая диаграмма этой структуры - на рис.1.3, б.
Рис. 1.3
При температуре абсолютного нуля свободных электронов, т.е. полупроводник является изолятором.. При нагревании кристалла некоторые электроны вырываются из ковалентной связи (рис.1.3, в). На месте каждого ушедшего электрона осталась незаполненная ковалентная связь и нескомпенсированный положительный заряд ядра атома. Такое состояние условно называют дыркой. Дырка является свободным положительным зарядом и может участвовать в проведении электрического тока. Процесс образования свободных электронов и дырок при нагревании называют тепловой генерацией пар электрон-дырка (термогенерацией). Проводимость, обусловленную тепловой генерацией электронов и дырок в чистом полупроводнике, называют собственной проводимостью. Интенсивность тепловой генерации сильно зависит от температуры.
Свободные электроны и дырки совершают тепловые движения по кристаллу в течение некоторого времени, называемого временем жизни (n и p). Затем свободный электрон и дырка встречаются и взаимоуничтожаются. Такой процесс исчезновения дырок и свободных электронов называют рекомбинацией. В стационарном режиме устанавливается равновесие между тепловой генерацией и рекомбинацией при определенной концентрации свободных носителей, называемой равновесной концентрацией. Каждому значению температуры кристалла соответствует своя равновесная концентрация собственных электронов ni и дырок pi. Средние времена жизни электронов и дырок в собственном полупроводнике равны (n = p).
Собственная проводимость сильно зависит от температуры. Ниже будет показано, что эта зависимость экспоненциальная.
Прохождение тока через пп.
В отличие от металла, в полупроводниках возможны два типа носителей тока - электроны и дырки, поэтому плотность тока j полупроводнике определяется электронной jn и дырочной jp составляющими : j= jn + jp
Кроме того, направленное движение каждого из носителей (ток) может быть обусловлено электрическим полем - дрейфом носителей jдр (как в металлах), а также градиентом концентрации носителей - диффузией носителей jдиф:
.
Таким образом, плотность полного тока через любое сечение полупроводника может состоять из четырех компонентов: .
Плотность др. составляющей
обусловливает удельную проводимость где g - единичный заряд электрона и дырки; n, p - концентрации электронов и дырок;
n, p - подвижности электронов и дырок, определяемые так же, как и в металлах.
Подвижности носителей n, p в полупроводниках в общем случае являются сложными функциями температуры и концентрации носителей. Для собственного, электронного и дырочного полупроводников можно записать соответственно:
, , .
По удельным проводимостям, легко измеряемым, могут быть практически определены концентрации носителей.
Плотности диффузионных составляющих токов определяются градиентами концентраций /2,3/: ,
где Dn, Dp – коэффициенты диффузии дырок и электронов. Для германия Dn =100, Dp=45 см/c, для кремния Dn =36, Dp=13 см/c.
Подставляя значения плотностей дрейфовой (1.5) и диффузионной (1.8) составляющих, можно записать плотность полного тока в виде
(1.9)
Из (1.9) следует, что для нахождения токов в полупроводнике нужно знать концентрации носителей тока и зависимость этих концентраций от координаты.