- •Вопрос 2. Собственные проводники. Зонная диаграмма. Собственная концентрация дырок и электронов. Температурный потенциал. Ширина запрещённой зоны.
- •Вопрос 3.Примесны пп n-типа. Зонная диаграмма.
- •Вопрос 4. Примесны пп p-типа. Зонная диаграмма.
- •Вопрос 5. Температурный диапазон работы примесных пп. Уравнение нейтральности.
- •Уравнение нейтральности полупроводников.
- •Вопрос 6. Термогенерация. Рекомбинация. Время жизни. Закон действующих масс.
- •Вопрос 7. Токи в пп.
- •1. Дрейфовый ток.
- •2.Диффузионный ток.
- •Вопрос 8. Решение стационарного уравнения диффузии. Зависимость диффузионного тока от координаты. Ток рекомбинации.
- •Вопрос 9. P-n переход. Структура. Больцмановское равновесие. Зонная диаграмма p-n-перехода. Высота потенциального барьеба.
- •Вопрос 10. Зарядовая модель p-n-перехода . Равновесная ширина p-n-перехода. Граничная равновесная концентрация неосновных зарядов.
- •Вопрос 11. Прямое смещение p-n-перехода. Граничная неравновесная концентрация неосновных зарядов.
- •Вопрос 12. Обратное смещение p-n-перехода. Экстракция.
- •Вопрос 13. Несимметричный p-n переход. Эмиттер. База. Односторонняя инжекция.
- •Вопрос 14. Вах идеализированного p-n перехода.
- •Вопрос 15. Прямая ветвь вах реального диода. Схема замещения диода при прямом включении. Тк Uпр
- •Дифференциальное сопротивление p-n перехода.
- •Температурная зависимость прямого напряжения.
- •Вопрос 16.Обратная ветвь вах реального диода. Схема замещения диода при обратном включении
- •Вопрос 17.Пробой p-n перехода. Виды пробоя. Температурная зависимость напряжения пробоя.
- •Вопрос 18. Неравновесная ширина p-n перехода. Барьерная ёмкость. Варикапы.
- •Вопрос 19. Основные технологические операции при изготовлении полупроводниковых диодов.
- •1. Сплавные диоды.
- •2. Точечные диоды.
- •4. Эпитаксиальные диоды.
- •Вопрос 20.Выпрямительные диоды. Параметры, классификация.
- •Классификация
- •Вопрос 21. Стабилитроны. Параметры, классификация. Стабисторы.
- •Вопрос 22. Параметрический стабилизатор напряжения.
- •Импульсный стабилизатор
- •Стабилизаторы переменного напряжения Современные стабилизаторы
- •Вопрос 23. Импульсные диоды. Процессы включения и отключения прямого тока.
- •Вопрос 24. Процессы импульсных диодов при переключении на обратное напряжение. Классификация импульсных диодов.
- •Вопрос 25. Диоды Шоттки.
- •Вопрос 26. Биполярные транзисторы Конструкция. Режимы работы.
- •Вопрос 27. Распределение неосновных зарядов в базе биполярного транзистора.
- •Вопрос 28. Токи в транзисторе. Коэффициент передачи тока эмиттера. Коэффициент инжекции. Коэффициент переноса.
- •Входные вах биполярного транзистора в схеме включения об.
- •Вопрос. 45 Малосигнальная схема замещения биполярного транзистора в схеме включения с общим эмиттером (оэ)
- •Вопрос. 47 Определение h – параметров транзистора по статическим вах в схеме включения об.
- •Вопрос 60.Динисторы, конструкция, принцип действия. Вах.
- •Вопрос. 62. Фотоэлектронные приборы. Фоторезисторы.
- •Вопрос. 63. Фотодиоды
- •Вопрос. 64. Фототранзисторы
- •Вопрос 65. Фототиристоры
- •Вопрос. 66. Оптроны
- •Существуют два класса оптических элементов, которые можно использовать при создании оптических эвм:
- •Вопрос. 67. Электровакуумные приборы
- •Типы эмиссии
- •Вопрос 68. Термокатоды
- •Вопрос 69. Электровакуумный диод. Потенциальные диаграммы. Режимы рон и рн
- •Принцип работы
- •Вах, Потенциальная диаграмма.
- •Режимы рон и рн не знаю!!! Вопрос 70. Идеализированная и реальная вах электровакуумного диода. Параметры.
- •Основными параметрами полупроводникового диода, учитывающими влияние температуры являются:
- •Вопрос 71. Электровакуумный триод. Режимы рв и рпп. Токораспределение. Проницаемость.
- •Вопрос. 73. Параметры электровакуумного триода.
- •Вопрос. 74. Тетрод. Динатронный эффект.
- •Динатронный эффект
- •Вопрос. 75. Пентод. Вах. Параметры.
Вопрос 7. Токи в пп.
1. Дрейфовый ток.
-
2.Диффузионный ток.
Аналогично тому, как причиной дрейфа является градиент потенциала grad()=d/dx=E, так причиной диффузии является градиент концентрации dn/dx
Диффузия – направленное движение частиц из области с большей концентрацией в область с меньшей концентрацией (самопроизвольное выравнивание концентраций вещества).
Изотропный процесс диффузии для кубической решетки подчиняется первому закону Фика (нем. А. Fick, 1855 г.)
J = Dn, (1.26)
где J – плотность потока диффундирующих частиц, измеряемая колличеством частиц, проходящих через S=1см2 за t=1c, D- коэффициент диффузии – (площадь/единица времени), n- концентрация диффундирующих частиц,
оператор градиента.
Диффцзия происходит в направлении убывания концентрации.
Положительные направления веторов градиентов dn/dx, dp/dx, диффузионных скоростей VnДИФ и Vр ДИФ и диффузионных токов для неоднородного полупроводника показаны на рисунке.
n(x)
n(x)
dn/dx
Vn диф
jn диф
X [см]
Плотность диффузии для одномерного случая пропорциональна градиенту концентрации
jnдиф= eDndn/dx= qDndn/dx, (1.27)
jpдиф= qDpdp/dx, (1.28)
где Dn, Dp [см2/c] – коэффициенты диффузии для электронов и дырок.
Коэффициенты диффузии электронов Dn и дырок Dр в основных полупроводниках:
|
Ge |
Si |
GaAs |
InSb |
Dn [см2/с] |
100 |
36 |
300 |
1500 |
Dр [см2/с] |
45 |
13 |
12 |
17 |
Коэффициенты диффузии выполняют роль коэффициентов пропорциональности для вызывающего диффузию градиента концентраций, аналогично тому, как подвижности являются коэффициентами пропорциональности для градиента потенциала – напряженности электрического поля.
Диффузия – важнейший для работы полупроводниковых приборов процесс. В общем случае плотность тока в неоднородном полупроводнике
j= jn др+ jp др+ jnдиф +jpдиф = qnnЕ + qppЕ+qDndn/dx qDpdp/dx. (1.29)
Коэффициенты диффузии и подвижности связаны формулой Энштейна
Dn=nT, Dp=pT.
Вопрос 8. Решение стационарного уравнения диффузии. Зависимость диффузионного тока от координаты. Ток рекомбинации.
В основе анализа полупроводниковых приборов лежит решение стационарного уравнения диффузии, являющегося следствием уравнения непрерывности потока (ток=потокзаряд). Для электронов уравнение непрерывности потока имеет вид
(1.31)
dn/dt – скорость изменения неравновесной концентрации электронов, G – скорость увеличения концентрации электронов за счет термогенерации, (n-n0)/n – скорость уменьшения концентрации электронов за счет рекомбинации,
n0 – равновесная концентрация электронов, n – среднее время жизни электронов, q – элементарный заряд,
div(jn) – дивиргенция плотности электронного тока – величина изменения.
Дивергенция (производная по координате) учитывает разность между приходом электронов в элементарный объем извне (втекающий ток) и уходом электронов из объема – вытекающий ток. Аналог – первый закон Кирхгофа – I=0, I(x)=const, dI/dx=0, div(I)=0. В стационарном режиме dn/dt=0. Пренебрегаем термогенерацией, учитываем ток jn= jnдиф и в одномерной модели (div(jn)=djn/dx) получим стационарное уравнение диффузии. В этом уравнении учитываются только рекомбинация и диффузия.
Пусть на границе полупроводника р-типа с равновесными концентрациями p0 и n0p0 подерживается граничная концентрация n(0)n0 и избыточная граничная концентрация n(0)= n(0)n0.
При n(0)n0 в приграничном слое поддерживается
неравномерность концентраций, вследствие чего:
1)электроны диффундируют в полупроводник,
2)концентрация электронов вследствие рекомбинации
уменьшаеется от граничной n(0) до равновесной n0.
Решение стационарного уравнения диффузии, которое
собственно и учитывает эти два процесса, позволяет
получить зависимость концентрации электронов от
координаты n=n(x). Переходим в уравнение от полной
концентрации n к избыточной n=nn0 , учтём, что
d2n/dx2= d2n/dx2, и введём параметр
Линейное однородное уравнение второго порядка имеет характеристическое уравнение к21/Ln2=0 с корнями к1,2 = 1/Ln и, следовательно, общее решение n=n(x)=C1eX/Ln+ C2eX/Ln
Из граничных условий определим коэффициенты n()=0 C1=0, n(0)= C2.
Распределение избыточной концентрации по координате n(x)= n(0)eX/Ln
Распределение полной концентрации по координате n(x)= n(x)+n0= n(0)eX/Ln+n0
Ln [см] - диффузионная длина- аналог длины свободного пробега в молекулярно –кинетической теории газов. Физический смысл диффузионной длины – на расстоянии Ln неравновесная (избыточная) концентрация уменьшается в е раз. На глубине 3Ln вследствие рекомбинации электронов с дырками избыточная концентрация уменьшается по сравнению с граничной в е320 раз и практически равна нулю, а полная концентрация равна равновесной n0. { -расстояние=скорость (аналог Dn)время(аналог n)}. Так как электроны имеют экспоненциальное распределение по энергиям (скоростям), то и глубина их проникновения (диффузии) в р-слой за время жизни подчиняется экспоненциально-затухающему закону. В приграничном слое шириной ≈ 3Ln за счёт рекомбинации с диффундирующими от поверхности электронами концентрация дырок уменьшается. Для поддержания постоянной скорости рекомбинации возникает встречное диффузионное движение дырок или ток рекомбинации.
Зная распределение n(x), можно найти диффузионный ток:
j(х)
j=const
jР
РЕК.
jn(0)
jn(х)
0
X
В соответствии с экспоненциальным уменьшением концентрации n(x), уменьшается и электронный ток диффузии от граничного значения jn(0) до нуля при x3Ln. Знак минус показывает, что ток направлен из полупроводника к поверхности.
По всему сечею кристалла ток остается постоянным. Электронный ток в слое 3Ln постепенно (за счет рекомбинации) трансформируется в дырочный ток рекомбинации. В глубине полупроводника р-типа при р0n0 ток почти полностью дырочный.