Міністерство освіти і науки України

Запорізька державна інженерна академія

Факультет інформаційних та електронних технологій

Кафедра електронних систем

Пояснювальна записка до курсового проекту з дисципліни: Твердотіла електроніка

на тему: Проектування напівпровідникових приладів

Варіант 10

Виконав: ст.гр. ЕС-08-2

Петренко Я. І.

ас. каф. ЕС

Керівник проекту : Буров О. М.

Запоріжжя

2010

РЕФЕРАТ

39 с., 13 рис., 10 табл., 1 додаток, 13 джерел.

В курсовому проекті розраховані параметри діода, побудовані пряма й зворотна гілки ВАХ діода. Розраховані параметри біполярного транзистора p‑n‑p-типу для схеми зі спільною базою, проведені графічні порівняння коефіцієнта підсилення для схем із СБ та СЕ, побудоване вихідне сімейство ВАХ транзистора.

ВИПРЯМляючий ДІОД, ЗВОРОТНИЙ ЗСУВ, P-N-ПЕРЕХІД, МОДУЛЯЦІЯ БАЗИ, ПОТЕНЦІЙНИЙ БАР'ЄР, РІВЕНЬ ФЕРМІ, ЗАБОРОНЕНА ЗОНА, КОНТАКТНА РІЗНИЦЯ ПОТЕНЦІАЛІВ, ТРАНЗИСТОР, ІНЖЕКЦІЯ, ЕКСТРАКЦІЯ, РЕКОМБІНАЦІЯ, ЛАВИННИЙ ПРОБІЙ, ТЕПЛОВИЙ ПРОБІЙ, ДИФУЗІЯ, ДРЕЙФ.

ЗМІСТ

Вступ 5

1 Діод 8

1.1 Електронно-дірковий перехід 8

1.2 Розрахунки параметрів і характеристик діода 13

2 Біполярний транзистор 23

2.1 Еквівалентні схеми біполярного транзистора 23

2.2 Розрахунки параметрів і характеристик транзистора 26

Висновки 37

Список використаних джерел 38

Додаток А 39

ВСТУП

Ще в ХIХ столітті видатний фізик Фарадей зіштовхнувся з першою загадкою – з підвищенням температури електропровідність досліджуваного зразка зростала за експонентним законом. На той час було відомо, що електричний опір багатьох провідників лінійно збільшується з ростом температури. Через деякий час А.С.Беккерель виявив, що при освітленні "поганого" провідника світлом виникає електрорушійна сила – фотоЕРС – друга загадка. Крім того була виявлена зміна опору селенових стержнів під дією світла, що деякою мірою підтвердило сутність другої загадки, пов'язаної з фотоелектричними властивостями "поганих" провідників. В 1906 році фізик К.Ф.Браун зробив важливе відкриття: змінний струм, проходячи через контакт свинцю й піриту, не підпорядковується закону Ома; більше того, властивості контакту визначаються величиною й знаком прикладеної напруги. Це була 3-я фізична загадка.  В 1879 г.  фізик Хол відкрив явище виникнення електричного поля в провіднику зі струмом, поміщеного в магнітне поле, спрямоване перпендикулярно струму. Електричне поле виникало й у напівпровідниках. Припускалося, що напрямок  даного поля визначають електрони і якісь позитивно заряджені частки. Відкриття Є.Холу – четверта загадка "поганих"  провідників. Створена Максвеллом теорія електромагнітного поля не пояснювала ні одну із чотирьох загадок. В 1922 р. був створений генеруючий детектор, здатний підсилювати й генерувати електромагнітні коливання.  Основою його служила контактна пара: металеве вістря-напівпровідник. В напівпровідниковій електроніці 4 загадки залишалися нерозгаданими майже 100 років. Дослідницькі роботи суттєво активізувалися після створення зонної теорії напівпровідників. В верхній зоні – провідності – знаходяться вільні заряди. Нижня зона, у якій заряди зв'язані, валентна. Між ними - заборонена зона. Якщо її ширина велика, то у твердому тілі електропровідність відсутня й воно відноситься до діелектриків. Якщо не велика, то електрони можуть збуджуватися й переходити з валентної зони в більш високоенергетичну. На місцях, що звільнилися від електронів, утворюються дірки, які еквівалентні носіям позитивного заряду. З'ясувалося, що існують напівпровідники з електронним типом провідності ( n-тип), для яких ефект Холу негативний, і з позитивним ефектом Холу, що мають р-тип провідності. Перші називаються донорними, другі – акцепторними. В результаті багатьох експериментів вдалося виготовити зразок, що включає границю переходу між двома типами провідності. І вдалося розгадати всі 4 загадки "поганих" провідників.

До 1955 року була налагоджена технологія виготовлення транзисторів зі сплавними та р-n-переходами. Потім з'явилися різновиди сплавних транзисторів: дрейфові й сплавні з дифузією. Наприкінці 50-х років була розроблена технологія створення планарних транзисторів, конструкція яких має пласку структуру. Особливість цієї технології - можливість створення безлічі приладів на одній підложці. Така технологія відкрила шлях до групової технології виробництва транзисторів і його автоматизації. Розвиток дискретної напівпровідникової техніки, можливість автоматизації виробництва привели до інтеграції. В 1960 році був запропонований метод виготовлення транзисторів  у тонкому епітаксіальному шарі, вирощеному на монокристалічній підложці. Таким способом вдавалося на міцній товстій підложці створити транзистори з тонкою базою. Було запропоновано використовувати транзистори з тонкоплівковими провідниками в межах однієї пластини. Такі транзистори одержали назву інтегральних, а кристали стали називати інтегральними схемами. Таким чином, поряд з дискретною твердотілою електронікою з'явилася інтегральна електроніка заснована на тонкоплівковій груповій технології.

Основна продукція мікроелектроніки  за останні десятиліття – різноманітні інтегральні схеми. Можливі 3 шляхи росту інтеграції. Перший пов'язаний зі зменшенням топологічного розміру й відповідно підвищенням щільності упаковки елементів на кристалі. Другий – збільшення площі кристала. Третій – оптимізація конструктивних прийомів компонування елементів. Характерні розміри елементів інтегральних схем стають близькими до мікрометра. Перехід до ще менших розмірів елементів вимагає нового підходу. Довелося відмовитися від ряду технологічних операцій. Фотографію замінили електронною, іонною й рентгенівською літографією; дифузійні процеси замінили іонною імплантацією і т.д. З'явилася молекулярно-інженерна технологія, що дозволяє будувати прилади атом за атомом. Використання променевих методів разом з вакуумною технологією дозволяє одержати прилади з розмірами до 10-25 нм. Сфальцьовані іонні потоки – інструмент, що дозволяє створювати принципово нові конструкції приладів. Рентгенівські установки дозволяють реалізувати тиражування зображень із розмірами мікроелементів, недоступних світловий оптиці. З розвитком мікроелектроніки відбувається ускладнення схем і зменшення розмірів рисунка (ширина ліній 0,5 мкм). Зараз основний матеріал напівпровідникових приладів - кремній. Перехід до наноелектроніки змушує звернутися й до інших матеріалів: арсеніду галію, фосфіду індію і т.д. Наноелектроніка дозволяє створювати тривимірні – багатошарові структури. Розвивається новий напрямок електроніки – функціональна електроніка. В першу чергу це оптоелектроніка (розміри структур до 100 нм - долі довжин світлових хвиль). Широким фронтом ведуться роботи з використання довгих молекул як елементів мікросхем. [1], [2]

1 ДІОД