- •1.1 Зонная теория твёрдого тела. Простая модель энергетических зон. Электропроводность твёрдых тел. Собственные полупроводники.
- •1.2 Распределение носителей зарядов по энергетическим уровням в полупроводниках. Примесные полупроводники.
- •1.3 Уравнение электронейтральности. Явление дрейфа и диффузии в полупроводниках. Эффект Холла.
- •1.4 Неравновесные процессы в полупроводниках. Межзонные процессы рекомбинации и генерации. Математическая модель энергетических зон Кронига-Пенни.
- •1.5 Непрямые процессы в объёме и на поверхности полупроводника в условиях динамической неравновесности. Квазиуровни и квазипотенциалы Ферми. Явление переноса. Основные уравнения полупроводников.
- •2.1 Структура р-п перехода в состоянии термодинамического равновесия. Зонная диаграмма р-п перехода. Высота потенциального барьера, толщина области р-п перехода.
- •2.2 Работа р-п перехода при внешнем воздействии. Прямое и обратное смещение р-п перехода. Ширина р-п перехода. Барьерная ёмкость обратно смещённого р-п перехода.
- •2.3 Методы создания электронно-дырочных переходов. Технология изготовления полупроводниковых диодов.
- •Типы диодов по назначению:
- •Типы диодов по частотному диапазону:
- •Типы диодов по размеру перехода:
- •Типы диодов по конструкции:
- •2.4 Вольт- амперная характеристика р-п перехода. Математическая модель диода. Уравнение Шокли. Вах реального р-п перехода. Пробой р-п перехода.
- •3.1 Выпрямительные диоды, стабилитроны, стабисторы, диоды Шоттки. Разновидности и классификация полупроводниковых диодов.
- •Типы диодов по назначению:
- •Типы диодов по конструкции:
- •Переходные процессы в диодах с р-п переходом. Импульсные диоды.
- •4.1 Структура и принцип работы бт. Режимы работы биполярного транзистора и схемы включения. Распределение стационарных потоков носителей.
- •4.2 Статическая модель биполярного транзистора. Распределение концентрации носителей в области базы, эмиттера, коллектора. Математическая модель Эберса-Молла.
- •4.3 Параметры биполярного транзистора. Модели транзистора в режиме малого сигнала. Эквивалентные схемы (четырёхполюсника и физические).
- •4.4 Статические характеристики биполярных транзисторов.
- •4.6 Работа транзистора на нагрузку.
- •4.7 Квазистатический режим работы транзистора. Определение усилительных параметров транзистора через r и h-параметры четырёхполюсника.
- •4.8 Типы биполярных транзисторов. Конструкции и технологии производства.
- •Классификация полевых транзисторов.
- •5.2 Основные параметры полевых транзисторов. Полевой транзистор с управляющим р-п переходом (птуп). Структура птуп и основные особенности. Сравнение мдп и биполярных транзисторов.
- •6.1 Основные особенности конструкции и классификация тиристоров. Динисторы. Вах динистора, внутренняя положительная обратная связь в р-п-р-п структурах. Статические параметры динисторов.
- •6.2 Тринистор - управляемый тиристор. Вах тринистора, зависимость параметров от тока управления. Симисторы, конструкция и вах.
- •7.1 Механизм генерации излучения в полупроводниках. Некогерентные излучатели - излучающие диоды.
- •7.2 Сид и ик-диоды. Световые и электрические параметры сид.
1.1 Зонная теория твёрдого тела. Простая модель энергетических зон. Электропроводность твёрдых тел. Собственные полупроводники.
В основе зонной теории лежат следующие главные приближения:
Твердое тело представляет собой идеально периодический кристалл.
Равновесные положения узлов кристаллической решетки фиксированы, то есть ядра атомов считаются неподвижными (адиабатическое приближение). Малые колебания атомов вокруг равновесных положений, которые могут быть описаны как фононы, вводятся впоследствии как возмущение электронного энергетического спектра.
Многоэлектронная задача сводится к одноэлектронной: воздействие на данный электрон всех остальных описывается некоторым усредненным периодическим полем.
В различных веществах, а также в различных формах одного и того же вещества, энергетические зоны располагаются по-разному. По взаимному расположению этих зон вещества делят на три большие группы:
проводники — зона проводимости и валентная зона перекрываются, образуя одну зону, называемую зоной проводимости, таким образом, электрон может свободно перемещаться между ними, получив любую допустимо малую энергию. Таким образом, при приложении к твердому телу разности потенциалов, электроны смогут свободно двигаться из точки с меньшим потенциалом в точку с большим, образуя электрический ток. К проводникам относят все металлы.
полупроводники— зоны не перекрываются и расстояние между ними составляет менее 3 эВ. Для того чтобы перевести электрон из валентной зоны в зону проводимости требуется энергия меньшая, чем для диэлектрика, поэтому чистые (собственные, нелегированные) полупроводники слабо пропускают ток.
диэлектрики — зоны не перекрываются и расстояние между ними составляет более 3 эВ. Таким образом, для того, чтобы перевести электрон из валентной зоны в зону проводимости требуется значительная энергия, поэтому диэлектрики ток практически не проводят.
Переход электрона из валентной зоны в зону проводимости называют процессом генерации носителей заряда (отрицательного — электрона, и положительного - дырки), обратный переход — процессом рекомбинации.
Модель ковалентной связи:
Взаимодействие атомов в полупроводнике осуществляется за счет общей пары валентных электронов. Согласно принципу Паули в атоме не может быть больше двух электронов находящиеся на одном энергетическом уровне. Общее кол-во электронов в атоме = порядковому номеру в таблице Менделеева. При сближении атомов в решетке происходит расщепление энергетического уровня в зону. Между разрешенными зонами располагаются запрещенные зоны.
Следуя из зонной теории, приобретается электропроводимость, когда электрон внутри валентной зоны внешним воздействием сообщается энергия ∆E достаточно для перехода из валентной зоны в зону проводимости. Одновременно в в.з. появляются свободные уровни, и вал электроны могут переходить из одного уровня на другой. Вал электроны могут создавать ток через полупроводник. При уходе вал электрона в запрещенную зону образуется положительный заряд = заряду электрона. Не занятое электроном энергетическое состояние в в.з. обладает положительным зарядом – дырка. Принято считать движение электронов в поле происходит в направлении поля. Дырки противоположны полю.
Различают электронную электропроводимость и дырочную. Собственные полупроводники: intrisis (i-тип). Примесные n-типа, p-типа. В отсутствии поля ∆Е=к*Т=0.027 эВ.