ЭЛЕКТРОНИКА - наука о взаимодействии электронов с электромагнитными полями и о методах создания электронных приборов (вакуумных, газоразрядных, полупроводниковых)

МИКРОЭЛЕКТРОНИКА – раздел электроники, МЭ связана с созданием электронных функциональных узлов в миниатюрном исполнении, Развивается на основе пп электроники в направлении повышения степени интеграции элементов.

РАДИОЭЛЕКТРОНИКА – собирательное название ряда областей науки и техники, связанных с передачей и преобразованием информации на основе использования радиочастотных электромагнитных колебаний или волн.

Одно из направлений радиоэлектронки – радиотехника

РАДИОТЕХНИКА - область техники, осуществляющая применение электромагнитных колебаний для передачи информации, радиосвязи, радиолокации и радионавигации.

П/П ЭЛЕКТРОННЫЕ ПРИБОРЫ (п/п ЭП)– устройства, работа которых основана на использовании электрических, тепловых, оптических, акустических явлений в твердом теле.

Энергетический спектр, энергетическая структура - эти понятия привнесены в физику квантовой механикой. В классической физике система может иметь любую энергию.

установление зонной структуры их энергетического спектра: когда полосы разрешенных значений энергии перемежаются с полосами запрещенных значений.

Фермионы - частицы с полуцелым спином подчиняются статистике Ферми - Дирака.

Бозоны - частицы с целым спином, для них реализуется статистика Бозе - Эйнштейна.

Фонон – квант тепловых колебаний кристаллической решетки, квазичастица обладающая энергией Ефон

При рассмотрении энергетического спектра электронов используются ряд приближений:

- рассматриваются только валентные электроны внешних атомных оболочек, которые образуют систему электронов проводимости.

- электроны внутренних атомных оболочек вместе с ядром представляются единым целым - ионом.

Явление просачивания частицы сквозь потенциальный барьер, туннельный эффект - чисто квантовое явление

*Вещества, у которых валентная зоны и зона проводимости перекрываются - металлы.

*Вещества, у которых ширина запрещенной зоны достаточно велика для того, чтобы ни один электрон, находящийся в валентной зоне, не мог ни при какой температуре, вплоть до температуры плавления, переброситься в зону проводимости, называются диэлектриками.

*полупроводники - это вещества, у которых за счет теплового возбуждения заметное число электронов попадает из валентной зоны в зону проводимости и при отличной от нуля температуре сравнительно хорошо проводят ток

- бесщелевые полупроводники - кристаллы, у которых расстояние между валентной зоной и зоной проводимости равно нулю.

Полупроводниковые материалы - вещества с четко выраженными свойствами полупроводников в широком интервале температур, включая комнатную (~ 300 К), являющиеся основой для создания полупроводниковых приборов.

!!!Место отсутствия электрона в решетке называют дыркой.

!!! Перемещение высвобожденного электрона по кристаллической решетке п/п сопровождается перемещением соответствующей вакансии.

Тепловым возбуждением электрона называется акт передачи энергии от фонона электрону такой, что происходит разрыв ковалентной связи.

!!!ГЕНЕРАЦИЯ в собственных полупроводниках свободные электроны и дырки рождаются парами, этот процесс называется генерацией электронно-дырочных пар (рис. 3).

!!!РЕКОМБИНАЦИЯ - обратный процесс - взаимная аннигиляция электронов и дырок, когда электрон возвращается в валентную зону. Этот процесс называется рекомбинацией электронно-дырочных пар.

Световая генерация и рекомбинация

При световой генерации электрон поглощает фотон (рис. 4).

При обратном процессе (рекомбинации) высвободившаяся энергия, равная Eg, может либо передаваться от электрона обратно решетке (фонону), либо уноситься фотоном.

Излучательная рекомбинация

Если энергия уносится фотоном, то этот процесс называется излучательной рекомбинацией

Могут также одновременно рождаться фононы и фотоны, но тогда, в силу закона сохранения, их парциальные энергии меньше Eg.

*** Качественное различие состоит в том, что для металлов проводящее состояние является основным, а для полупроводников и диэлектриков — возбуждённым.

*** Беспримесный и бездефектный полупроводник с идеальной (бездефектной) кристалличе­ской решеткой называют собственным полупроводником.

Собственный полупроводник — это полупроводник без примесей или с концентрацией примеси настолько малой, что она не оказывает существенного влияния на удельную проводимость полупроводника.

ДОНОР - это примесный атом или дефект кристаллической решетки, способный в возбужденном состоянии отдать электрон в зону проводимости.

АКЦЕПТОР - это примесный атом или дефект кристаллической решетки, свободный от электрона в невозбужденном состоянии и способный захватить электрон из валентной зоны в возбужденном состоянии.

Атомы примеси, отличаясь от атомов основного кристалла валентностью, создают уровни разрешенных энергий электронов в запрещенной зоне, которые либо могут поставлять электроны в зону проводимости, либо принимать на себя электроны из валентной зоны

Энергиия ионизации донора минимальная энер­гия, которую необходимо сообщить электрону, находящемуся на донорном уровне, чтобы перевести его в зону проводимости.

Энергия ионизации акцептора — это минимальная энергия, которую необходимо сообщить электрону валентной зоны, чтобы перевести его на акцепторный уровень.

Если электропроводность полу­проводника обусловлена электронами, его называют полупро­водником n-типа, если электропроводность обусловлена дыр­ками — полупроводником р-типа.

Основные и неосновные носители

Основные носители в п/п n - типа – электроны, неосновные – дырки.

Основные носители в п/п р- типа – дырки, неосновные – электроны

Дрейф носителей заряда

Дрейф - направленное движение носителей заряда под действием элект­рического поля.

. подвижность - величина, чис­ленно равная средней скорости их направленного движения в электрическом поле с напряженностью, равной 1В/м.

Диффузия – движение носителей заряда из-за неравномерности концентрации, выравнивание концентрации носителей по объёму проводника

Расстояние, на котором при одномерной диффузии в полупроводнике без электрического поля в нём, избыточная концентрация носителей заряда уменьшается вследствие рекомбинации в е=2,718… раза, называют Диффузионной Длиной

(это расстояние, на которое носитель диффундирует за время жизни)

ВОЛЬТ-АМПЕРНАЯ ХАР-КА – зависимость тока от приложенного напряжения

УДАРНАЯ ИОНИЗАЦИЯ – процесс ионизации атомов разогнавшимся в поле носителем заряда

КОЭФ УДАРНОЙ ИОНИЗАЦИИ – количественно характеризует процесс ударной ионизации и численно равен кол-ву пар носителей заряда, образуемых первичным носителем на единице пути.

ЛАВИННЫЙ ПРОБОЙ – лавинное умножение носителей заряда, ток быстро возрастает и теоретически  ∞

ТЕПЛОВОЙ ПРОБОЙ – нарушение теплового обмена, когда энергия рассеивания меньше энергии выделения.

ТУННЕЛЬНЫЙ ПРОБОЙ(ТУННЕЛИРОВАНИЕ) –электроны проходят сквозь потенциальный барьер без изменения своей энергии

При ТУННЕЛЬНОМ ПРОБОЕ резко возрастает концентрация носителей заряда

ФОТОРЕЗИСТИВНЫЙ ЭФФЕКТ – это изменение электрического сопротивления полупроводника, обусловленное действием оптического излучения и не связанное с его нагреванием.

ЭЛЕКТРОННО-ДЫРОЧНЫЙ ПЕРЕХОД(p-n переход) – переходный слой между двумя областями п/п с разной электропроводимостью, в котором существует диффузионное электрическое поле.

ОБРАЗОВАНИЕ ЭЛЕКТРОННО-ДЫРОЧНОГО ПЕРЕХОДА.

Электронно-дырочный или p-n-переход – область на границе двух полупроводников с различными типами электропроводимости, т.е. p-n-переход образуется между двумя областями полупроводника, одна из которых имеет электронную электропроводимость, а другая дырочной проводимостью.

Поверхность, по которой контактируют слои p и n, называется МЕТАЛУРГИЧЕСКОЙ ГРАНИЦЕЙ, а прилегающая к ней область – p-n-переходом.

СТУПЕНЧАТЫЕ ПЕРЕХОДЫ – переходы с идеальной границей, по одну сторону которой располагаются доноры с постоянной концентрацией, а по другую – акцепторы с постоянной концентрацией.

ПЛАВНЫЕ ПЕРЕХОДЫ – переходы, у которых в районе металлургической границы концентрация одного типа примеси постепенно уменьшается, а другого типа растёт.

P-N-ПЕРЕХОД НАЗ-СЯ СИММЕТРИЧНЫМ, если концентрация p и n носителей в соответствующих слоях одинакова.

Если к p-n полупроводнику не приложено внешнее напряжение (которое создаёт поле в объёме полупроводника), то имеет место РАВНОВЕСНОЕ СОСТОЯНИЕ P-N-ПЕРЕХОДА

В p-области вблизи металлургического контакта после диффузии из неё дырок остаются НЕПОДВИЖНЫЕ ОТРИЦАТЕЛЬНО ЗАРЯЖЕННЫЕ ИОНЫ АКЦЕПТОРОВ, а в n-области – НЕПОДВИЖНЫЕ ПОЛОЖИТЕЛЬНО ЗАРЯЖЕННЫЕ ИОНЫ ДОНОРОВ. Образуется область ПРОСТРАНСТВЕННОГО ЗАРЯДА, состоящая из двух разноимённо заряженных слоёв ионов примеси решётки.

ДИФФУЗИЯ электронов и дырок создаёт ДИФФУЗИОННЫЙ ТОК через p-n переход и приводит к образованию потенциального барьера.

Потенциальный барьер вызывает ДРЕЙФ НЕОСНОВНЫХ ЗАРЯДА(дырок из n-области в p-области электронов, соответственно, из p-области в n-область.), т.е. через p-n переход беспрепятственно проходят НЕОСНОВНЫЕ НОСИТЕЛИ заряда , для которых поле p-n перехода является ускоряющим.

ИНЖЕКЦИЯ – появление в слое полупроводника неосновных носителей заряда.

Явление ЭКСТРАКЦИИ НЕОСНОВНЫХ НОСИТЕЛЕЙ ЗАРЯДА – уменьшение концентрации неосновных носителей у границ перехода.

НАПРАВЛЕНИЕ ВНЕШНЕГО ПОЛЯ ОПРЕДЕЛЯЕТ ВЕНТЕЛЬНЫЕ СВ-ВА P-N-ПЕРЕХОДА, т.е. способность проводить ток в одном направлении в зависимости от полярности приложенного напряжения.

Обратно смещенный плоский p-n переход, ведет себя подобно электрической емкости. Эта емкость, называемая барьерной емкостью, и определяется, как емкость обычного плоского конденсатора.

Диффузионная ёмкость связана с процессами накопления и рассасывания неравновесного заряда и характеризует инерционность движения неравновесных зарядов.