4.7 Контрольные вопросы

4.7.1 Какие эффекты используются при разработке фотоэлектрических приборов.

4.7.2 Принцип работы фоторезистора.

4.7.3 Принцип работы фотодиода в режиме преобразователя.

4.7.4 Принцип работы фотодиода в режиме генератора.

4.7.5 Параметры фоторезисторов.

4.7.6 Параметры фотодиода.

4.7.7 Какие характеристики снимаются экспериментально для фоторезистора и фотодиода.

4.7.8 Упрощенные схемы для снятия характеристик исследуемых элементов.

4.7.9 Какие параметры и как рассчитываются для фоторезистора?

4.7.10 Какие параметры и как рассчитываются для фотодиода?

5 ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 2

Исследование биполярного транзистора

1. ЦЕЛЬ РАБОТЫ

Изучение принципа работы биполярного транзистора, исследование его характеристик и режимов работы, определение дифференциальных параметров.

2. КРАТКИЕ ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ СВЕДЕНИЯ

5.2.1 Принцип работы транзистора

Биполярным транзистором называют полупроводниковый прибор с тремя выводами, имеющий два взаимодействующих электронно-дырочных перехода и предназначенный для усиления сигналов по мощности.

PN переходы образованы между тремя областями полупроводников с чередующимися типами проводимости (рисунок 5.1). в зависимости от порядка следования областей различают транзисторы PNP (рисунок 5.1а) NPN-типов (рисунок 5.1б).

а б

Рисунок 5.1 – Структура и условное обозначение биполярного транзистора

На один из переходов подается прямое напряжение и он называется эмиттерным, а соответствующую наружную область эмиттером (Э). Ко второму переходу обычно приложено обратное напряжение, его называют коллекторным, а наружную область, соответственно, коллектором. Среднюю область называют базой.

При подаче на эмиттерный переход прямого напряжения (доли вольта) через него начинает протекать диффузионный (прямой) ток. Так как концентрация дырок в эмиттерной Р-области много больше концентрации электронов, то I_э будет обусловлен диффузией дырок. Идет процесс инжекции носителей в базовую область. Область базы выполняется тонкой и с малой концентрацией носителей, вследствие этого основная часть дырок диффундирует к коллекторному переходу. Часть дырок рекомбинирует с электронами базовой области – это и обуславливает базовый ток (I_б). Дырки, подошедшие к коллекторному переходу, находящемуся под большим обратным напряжением, захватываются полем перехода и перебрасываются через потенциальный барьер (ведь дырки неосновные носители для области базы), этот процесс называют экстракцией несновных носителей. Протекает коллекторный ток – этот ток – дрейфовый. Напряжение коллектор-база является обратным и оно может в десятки раз превышать U_бэ. Обычно эмиттерная цепь является входной, а коллекторная – выходной. Так как I_э ~ I_к, а U_бэ< U_бк, то мощность во входной цепи меньше чем в выходной, т.е. происходит усиление входного сигнала по мощности. Для транзисторов NPN-типа рассуждения аналогичны, только носителями зарядов являются электроны и полярность напряжений, приложенных к переходам, противоположная.

Изготавливают транзисторы с использованием сплавной, диффузионной и эпитаксиальной технологии. По сплавной технологии в исходную пластину N-типа с малой концентрацией носителей вплавляют с двух сторон капли индия (рисунок 5.2а). В приграничных областях между Ge или Si N-типа образуется Р области представляющие Э и К. Площадь коллекторного перехода делается большей для улучшения теплоотвода. Кристалл с вывоами (омические контакты) помещают в корпус.

а б

а – сплавной PNP типа; б – диффузионный NPN типа.

Рисунок 5.2 – Структура транзисторов изготовленных

по различной технологии

По диффузионной технологии (рисунок 5.2б) на поверхности пластины Si N-типа в слое окисла SiO₂ с помощью фотолитографии вытравливают окна и подвергают ее воздействию борной кислоты. Бор диффундирует в Si на глубину нескольких микрометров, создавая в окне слой Р-типа – базу будущей транзисторной структуры. Затем с помощью пятиокиси фосфора производят диффузию донорной примеси, образуя во внутренней части окна эмиттерную область проводимости N-типа, повышенной концентрации (N+). Коллектором в такой NPN структуре служит исходная пластина Si N-типа, а ее нижний слой с повышенной концентрацией доноров (N+) обеспечивает пониженное электрическое сопротивление коллектора, что важно для снижения нагрева транзистора протекающим через него током (особенно у мощных транзисторов).