1. Понятия электроники и микроэлектроники. История развития и элементная база электроники.

Электроника – это область науки изучающая принцип работы электронных приборов. Микроэлектроника - это направление электроники, связанное с созданием приборов и устройств в микроминиатюрном исполнении. Современная микроэлектроника в значительной степени ориентирована на комплексное обеспечение элементной базы информационно-вычислительной техники. Типичными устройствами такого назначения являются микропроцессоры, запоминающие устройства, системы числового программного управления, устройства интерфейса и др. На их базе комплектуются как индивидуальные системы контроля и управления, так и универсальные средства вычислительной техники,

Электр.приборы – это приборы, которые работают с информацией. Элементарная база электроники включает множества полупроводниковых приборов, к которым относятся диоды, тран-ры, тиристоры, ИМС, а также электровакуумные приборы.

В 50 годы основы электроники были электровакуумные лампы. В 60-е годы – тр-ры. В 70-е-ИМС малой и средней степени интергации. С 8/0 и по наше время ИМС большой и сверхбольшой степени.

Виды полупровод.: собстаенные(i-типа); приместные: акцепторные(р-типа или дырочные), донорные (н-типа или электронные).

2. Энергетическая диаграмма проводников, диэлектриков, собственных, акцепторных и донорных полупроводников. Распределение Ферми.

Заполненная зона – это совокупность энергетич.уровней, которые заполнены электронами полностью при t абсолютного нуля.

Валентная зона – сов-ость уровней на которых находятся валентные электроны. Запрещенная зона – это уровни на которых электроны находиться не могут. Зона проводимости –это нижняя часть свободной зоны, на ней находятся электроны способные проводить эл.ток. Свободная зона – это сов-ость уровней, которые свободные при t абсолютного нуля.

Впроводниках нет запрещенной зоны поэтому электронам легче переходить из валентной зоны в зону проводимости. В диэлектриках запрещенная зона настолько велика, что электроны практически не отрываются от атомов. В полупроводниках – запрещенная зона меньше, чем у диэлектриках, поэтому электроны переходят из валентной зоны в зону проводимости, если к ним придается большая энергия в виде температуры, света итд.

(Р) Вероятность нахождения электрона на определенном уровне равна:

Уровень Ферми – это уровень вероятность заполнения которого равна 0,5 при любой t.

3. Собственные полупроводники – это полупроводник содержащий минимальное кол-во примесей(до 10^-8…10^-9%)

При о^о К собственный полупроводник явл.идеальным диэлектрикам. Чем больше генерируется электронов и дырок.

Дырка – это незаполненная ковалентная связь, обладает положительным зарядом. Генерация-это отрыв электронов от атомов с образованием дырки. Рекомбинация-это восстановление ковалентной связи за счет соединения электрона с дыркой.

концентрация электронов равна конц.дырок. Носителями зарядов явл. и электроны и дырки.

4. Донорные полупроводники.

Донорные – это полупровод.содержащие примеси с валентностью больше 4.

Фосфор 5 валентен, поэтому 5 электрон легче отрывается т.к. незадействован в ковалентных связях. Чем больше примесей, тем больше свободных электронов. Т.о в донорном ПП электроны основные, а дырки не основные.

5. Акцепторные полупроводники.

Акцепторные – это ПП содержащие примеси валентность которых меньше 4.

Валентность кремния равна 4, валентность бора 3, поэтому 1 ковалентная связь у атома бора не заполнена, она является дыркой. На место этой дырки может переместиться электрон соседнего атома и дырка переместиться. Чем больше примесей, тем больше дырок. В акцепторных ПП дырки считаются основными носителями зарядов, а электроны- не основными.

6. Токи в полупроводниках. Параметры полупроводников.

Дрейфовый ток – это ток возникающий под действием электрического поля. Он состоит из электронной и дырочной составляющей: ; ; .

Е-заряд электрона; n,p- концентр.электронов; Е- напряженность эл.поля; S-площадь поперечного сечения; - подвижность электронов и дырок.

Подвижность – это скорость электрона или дырки при Е=1Вм.

Диффузионный ток – это ток возникающий под воздействием разности концентрации.

; ; .

Коэф. Диффузии – кол-во носителей заряда, проходящий в результате диффузии, ч/з участок площади за 1 сек при градиенте концентрации .

Параметры ПП: 1)Подвижность. 2)Проводимость (удельная). 3) Диффузионная длина электронов и дырок –это расстояние, на котором концентрация электронов и дырок уменьшается в е раз. (е=2,7..) 4) Время жизни – это от генерации до рекомбинации.

8. Прямое и обратное включение P-N перехода. ВАХ P-N перехода.

При прямом включении к р области подается +, а к n подается -. Возникает внешнее эл.поле Е внешнее. Оно препятствует внутреннему. ОПЗ уменьшается, диф.ток увеличивается, из-за уменьшения ОПЗ уменьшается сопротивление р-n перехода. Поэтому в прямом включ. р-n проводит ток.

При обратном включении к р области подаетсЯ -, а к n +. Внешнее поле усиливает внутреннее увеличивается ОПЗ, что увеличивает сопротивление р-n перехода. Из-за высокого сопротивления через р-n переход протекает лишь небольшой дрейфовый ток.

9. Пробои и ёмкости в P-N переходе.

Виды пробоев: лавинный, тепловой, туннельный. Лавинный пробой возникает только в обратном влючении. При больших обратных напряж.электронов становится столь много, что они начинают выбивать др.электроны, те в свою очередь третьи и т.д. При больших напряж.лавинный пробой переходит в тепловой. Лавинный пробой обратим.

Тепловой пробой возникает, как в прямом, так и в образном включении. Токи становятся настолько большими, что разогревают кристалл.решетку. Повышение температуры вызывает увеличения кол-ва электронов и дырок, что в свою очередь приводит к еще большему увелич.тока и температуры. В результате кристал.решетки разрушается, тепловой пробой обратим.

Тунельный пробой возникает в результате туннельного эффекта. Это явление при котором носители заряда переходят через границу р-n перехода без изменения энергии. Он возможен в вырожденных ПП. Вырожденные ПП-это ПП с очень большой концентр.примеси. По своим св-вам они приближены к металлам. У них очень маленький запирающий слой, если диф.длина электронов больше длины ОПЗ, то он переходит чз границу без изменения энергии при массовом переходе возникает туннельный ток.

Емкость в р-n переходе. Барьерная емкость р-n перехода –это емкость возникающая в обратном вкл. р-n перехода. ;

S- толщина р-n перехода, d-ширина ОПЗ.

Барьезная емкость образуется за счет наполнения возле ОПЗ электронов и дырок.Она влияет на работу перехода на высокой частоте. С увеличением частоты, емкостное сопротивление р-n перехода уменьшается и он начинает лучше проводить эл.ток в обратном включении. Для улучшения частотных св-в можно уменьшить S, р-n перехода.

Диф.емкасть образуется при прямом включении за счет накопления тепловых электронов и дырок. Они явл.не основными. Их конц.мала, поэтому влияние диф.емкости на св-ва р-n перехода не значительное.