![](/user_photo/2706_HbeT2.jpg)
- •Электроника, ее основные области исследования; вакуумная, твердотельная, квантовая электроника, особенности физических процессов.
- •I.Вакуумная электроника:
- •II.Твердотельная электроника:
- •III.Квантовая электроника:
- •2. Структура кристаллов. Типы кристаллических решеток.
- •1.Точечные дефекты:
- •2.Линейные дефекты:
- •3.Классификация твердых тел по степени электропроводности
- •4. Энергетические уровни и зоны твердого тела. Соотношение неопределенностей Гейзенберга. Разрешенные и запрещенные зоны. Потенциальная кинетическая энергия электронов.
- •5. Квазиимпульс и эффективные массы носителей заряда. Междолинный переход носителей заряда, зависимость энергии электрона от импульса.
- •6.Концентрация электронов и дырок в примесном полупроводнике
- •8.Законы распределения равновесных носителей заряда в энергетических зонах. Распределение Ферми-Дирака.
- •9. Поверхностные явления в полупроводниковых структурах.
- •1.Режим обеднения
- •2.Режим инверсии.
- •3.Режим обогащения.
- •10.Дрейфовое движение носителей заряда.
- •13.Виды электронно-дырочных переходов.
- •14 Анализ электронно-дырочного перехода в неравновесном состоянии
- •15. Математическая модель идеализированного p-n перехода.
- •16.Вах реального электронно-дырочного перехода
- •17. «Мы все умрем»(ты сам умрешь!!!)
- •Переход диода в выключенное состояние.
- •Переключение из прямого направления в обратное.
- •19.Контакты межу полупроводниками одного типа проводимости. Омические контакты.(???)
- •Р ежимы работы транзистора
- •Термоэлектрический эффект Зеебека.
- •Термоэлектрический эффект Пельтье.
16.Вах реального электронно-дырочного перехода
Прямая ветвь реального перехода
Некоторые осн. носители (e из n-области) вошедшие в обедненный слой не имеют достаточной энергии для преодоления пот. барьера. Они могут быть захвачены реком. ловушкой и рекомбинировать с дырками пришедшими из другой области.
При приложении Uпр пот. барьер понижается, что увеличивает концентрацию этих носителей в переходе, в результате рекомбинация усиливается. Вследствие такого движения возникает дополнительный прямой ток, называемый током рекомбинации.
Полный прямой ток
складывается из тока инжекции и тока
рекомбинации
в реальном пр. ток больше чем в
идеализированном.
Отношение
тока инжекции к рекомбинирующему току
зависит от ширины запрещенной зоны. В
п/п с шириной з.з (Si) инжекция
затруднена, поэтому Iпр
(при малых U) будет
определяться током рекомбинации, а при
увеличении напряжения ток инжекции
превысит ток рекомбинации.
В
идеализированном переходе сопротивление
базы = 0 в
реальных это
сопротивление составляет 10… 100 Ом.
Определим Iв
на котором exp
в линейную
Омический участок – большая часть ВАХ
При высоких
уровнях инжекции наблюдается эффект
модуляции Rб
т.е. уменьшение сопротивления в 2 раза
связанное с увеличением концентрации
носителей в базе.
-факторы
неидеальности определяемые по реальным
характеристикам.
Обратная ветвь ВАХ реального перехода
Генерация носителей в переходе
В реальных
переходах происходит генерации e
и дырок вследствие влияния температур.
Возникновение e
движ в n-область,
дырки в p-область.
Дрейфовое движение создает ток генерации.
Число носителей в единице объема в
единицу времени называется скоростью
генерации где тау–время жизни в
обедненном слое.
если умножим на [S*l(U)]
получим полное число носителей.
Следовательно
Iобр реального
перехода больше идеализированного
Ig
увеличивается при увеличении Uобр
Доля токов в
полной генрации тем больше чем больше
ширина з.з. и чем ниже температура. В Si
переходах Ig
является основным компонентом Iобр
и при комнатной температуре.
При 100 С тепловой
ток будет преобладать. В Ge
переходах
Токи утечки
Реальный переход имеет участки выходящие на поверхность кристалла. На поверхности в след. поверхностных энергетических уровней, молекулярных и ионных пленок могут образоваться токопроводящие каналы по которым протекает ток утечки.
Iут может превысить Iо и Ig. Зависимость от температуры слабая. Для устранения Iут на микросхемах поверхность покрывают оксидной пленкой.
17. «Мы все умрем»(ты сам умрешь!!!)
Различают 3 вида пробоя р-n перехода при достаточно больших обратных напряжениях: туннельный, лавинный и тепловой. Первые два связаны с увеличением электрического поля в переходе, а третий – с увеличением рассеиваемой мощности и соответственно температуры.
В основе туннельного пробоя лежит туннельный эффект, т.е. «просачивание» электронов сквозь тонкий потенциальный барьер. Под высотой барьера понимается ширина запрещенной зоны з, а под его толщиной – расстояние d между противолежащими зонами.
В основе лавинного пробоя лежит «размножение» носителей в сильном электрическом поле, действующем в области перехода. Электрон и дырка, ускоренные полем на длине свободного пробега, могут разорвать одну из ковалентных связей нейтрального атома п/п. В результате рождается новая пара электрон – дырка и процесс повторяется уже с участием новых носителей. Обратный ток при этом возрастает. При достаточно большой напряженности поля, когда исходная пара носителей в среднем порождает более одной новый пары, ионизация приобретает лавинный характер.
Ход ВАХ в области «размножения» вплоть до пробоя описывается полуэмпирической формулой
Где М – коэффициент ударной ионизации
Одной из отличительных особенностей лавинного и туннельного пробоев яв-ся разный знак температурного коэффициента пробивного напряжения. Это объясняется тем, что напряжение туннельного пробоя находится в прямой зависимости от ширины з.з., поэтому уменьшение величины з с ростом температуры вызывает уменьшение Uz . Напряжение лавинного пробоя находится в обратной зависимости от подвижности, поэтому уменьшение величины µ с ростом температуры вызывает увеличение UM.
В основе теплового пробоя лежит саморазогрев перехода при протекании обратного тока. С ростом температуры обратные токи резко возрастают, и соответственно увеличивается мощность, рассеиваемая в переходе; это вызывает дополнительный рост температуры и т.д. Тепловой пробой может начаться лишь тогда, когда обратный ток уже приобрел достаточно большую величину в результате лавинного или туннельного пробоя.
Важной особенностью ВАХ яв-ся обратная зависимость м/у прямым напряжением и тепловым током: чем меньше тепловой ток, тем больше прямое напряжение и наоборот. Еще один факт, что прямое напряжение уменьшается с увеличением площади перехода
18.При воздействии
на p-n-переход U высокой
частоты проявляются инерц-е св-ва п-да:
распр-е носителей при быстрых изменениях
тока или напряжения требует опр. времени.
Внешнее U изменяет ширину
ЗЗ, высоту потенциального барьера,
граничную концентрацию носителей
(величину объемных q в
п-де), следовательно, p-n-переход обладает
емкостью. Для p-n-перехода характерны
два состояния (прямо- и обратносмещенное),
поэтому эту емкость можно условно
разделить на две составляющие барьерную
и диффузионную. Деление чисто условное,
барьерная -обратносмещенный, диффузионная
прямосмещенный.Барьерная емкость
отражает перераспределение носителей
в p-n-переходе, т.е. обусловлена нескомпенсир-м
объемным q, сосредоточенным
по обе стороны от границы перехода. Роль
диэлектрика у барьерной емкости выполняет
ЗЗ, практически лишенная носителей.
Сбар зависит от площади перехода, от
концентрации примеси, от U на переходе
г
де
S площадь p-n-п-да;
диэлектрическая проницаемость
полупроводникового материала; Nd
концентрация примеси; U напряжение на
переходе.Особенностью
барьерной емкости является то, что она
изменяется при изменении U
на п-де (рис.1); изменение C бар при
изменении U может достигать десятикратной
величины, то есть эта емкость нелинейна,
и при увеличении обратного напряжения
барьерная емкость уменьшается, так как
возрастает толщина запирающего слоя
(площадь p-n-перехода).C бар зависит отN
прим: чем
Рис. 1
При прямом смещении происходит диф-я, к-я ув-ет заряд p в n-обл-ти и заряд е в р-обл-ти. С диф опр-ся зарядом неосн НЗ (р),накопленных в базе.
Диффузионная емкость отражает перераспределение носителей в базе Cдиф = dQ/dU, где Q – инжектир-й q.
где
время жизни носителей; Lр диф-я длина.
Значение диффузионной емкости колеблется от сотен до тысяч пФ.
C диф также нелинейна
и
с ув Uпр. Образование этой емкости
схематично можно представить следующим
образом. Эмиттером будем считать
p-область, а базой n-область. Носители из
эмиттера инжектируются в базу. В базе
вблизи перехода происходит скопление
дырок объемный положительный заряд,
но в это время от источника прямого
напряжения в n-область поступают
электроны, и в этой облаcти, ближе к
внешнему выводу, скапливается отрицательный
объемный заряд. Таким образом, в n-области
наблюдается образование двух разноименных
зарядов "+Qдиф" и "Qдиф".
Диффузионная емкость является причиной инерционности полупроводниковых приборов при работе в диапазоне высоких частот и в режиме ключа, так как процесс накопления и особенно рассасывания объемного заряда требует затраты определенного времени.
При Uпр на p-n- п-де (обл1) откл-е реальной характеристики от идеальной связано с R слаболегир-й области базы (rБ'). Часть Uвнеш падает на объемном rБ', поэтому U на p-n-пер ум-ся до величины Upn=U-i rБ'.
П
ри
U обр обратный ток реального перехода
больше, чем ток идеального, величина
обратного тока зависит от обратного
напряжения (обл 2). Причиной этого отличия
является тепловая генерация в обл
объемного заряда. Вследствие малой
концентрации НЗ в p-n-переходе, скорость
генерации пар НЗ в этой обл преобладает
над скоростью рекомбинации; любая
параНЗ, генерируемая в этой области,
разделяется полем перехода, а следовательно,
к тепловому току добавляется генерационная
составляющая.
В
ажным
параметром при этом будет время
восстановления обратного сопротивления
tвос интервал времени от момента
переключения до момента, когда обратный
ток уменьшается до заданного уровня
отсчета; при подаче на диод запирающего
импульса ток не может мгновенно
уменьшиться до нуля, так как в базе
образовался объемный заряд и на его
рассасывание требуется определенное
время. Этим и объясняется выброс обратного
тока в цепи
диода.
распределение заряда в области ОПЗ