Лекція 12

Тема: «Електрофізичні властивості напівпровідників, власна та домішкова електропровідність. Переваги напівпровідникових приладів. р-n-перехід, його властивості. ВАХ р-n-переходу».

Мета: «Розглянути основні електрофізичні властивості напівпровідників, переваги та недоліки напівпровідникових приладів, р-n-перехід, його властивості та вольт-амперну характеристику; навчитися »

Література: Л1, ст. 385..389, ст. 389..390.

Основні питання:

1. Електроніка. Загальні відомості.

2. Електрофізичні властивості напівпровідників.

3. р-n-перехід, його властивості. ВАХ р-n-переходу.

1. Електроніка. Загальні відомості.

Електроніка – напрям електротехніки, який на базі досліджень процесів і явищ, зв’язаних з електричними розрядами в вакуумі, газах, напівпровідниках – розробляє, випускає і експлуатує електронні пристрої в різних напрямках людської діяльності.

Промислова електроніка - наука про застосування електронних приладів і пристроїв у промисловості.

В промисловій електроніці можна виділити три області:

- інформаційну електроніку (ІЕ);

- енергетичну електроніку (ЕЕ);

- електронну технологію (ЕТ).

Інформаційна електроніка являється основою електронно-обчислювальної, інформаційно-вимірювальної техніки і автоматизації виробництва.

Енергетична електроніка є основою пристроїв і систем перетворення електричної енергії середньої та великої потужностей. Сюди відносяться випрямлячі, інвертори, потужні перетворювачі частоти та ін.

Електронна технологія містить у собі методи і пристрої, які використовуються в технологічних процесах, заснованих на дії електричного струму і електромагнітних хвиль різної довжини (високочастотне нагрівання й плавка, ультразвукове різання та зварювання і т.д.), електронних та іонних пучків (електронна плавка, зварювання і т.д.).

Головні властивості електронних пристроїв (ЕП):

- висока чутливість;

- швидкодія;

- універсальність.

Чутливість електронних пристроїв – це абсолютне значення вхідної величини, при якому електронний пристрій починає працювати. Чутливість сучасних електронних пристроїв становить 10^-17 А по струму, 10^-13 В по напрузі, 10^-24 Вт по потужності.

Швидкодія електронних пристроїв обумовлює їхнє широке застосування в автоматичному регулюванні, контролі та керуванні швидкоплинними процесами, що досягають частки мікросекунди.

Універсальність полягає в тому, що в електронних пристроях використовується електрична енергія, що порівняно легко отримується з різних видів енергії і легко перетворюєься в інші види енергії. Це дуже важливо, так як в промисловості використовуються всі види енергії.

В цей час широке застосування в промисловій електроніці знаходять напівпровідникові прилади, тому що вони мають важливі переваги:

- високий ККД (до 99%); - довговічність;

- надійність; - малі маса й габарити;

- відсутність нагрівних катодів.

До недоліків відносять:

• залежність параметрів від випадкових домішок;

• залежність параметрів від температури, опромінення;

• складність технологій.

Одним з головних напрямків розвитку напівпровідникової електроніки в останні десятиліття являється інтегральна мікроелектроніка. В останні роки широке застосування одержали напівпровідникові інтегральні мікросхеми (ІС). Мікросхема – мікромініатюрний функціональний вузол електронних апаратур, в якому елементи і сполучні провідники виготовляються в єдиному технологічному циклі на поверхні або в об’ємі напівпровідника і мають загальну герметичну оболонку. У великих інтегральних схемах (ВІС) кількість елементів (резисторів, діодів, конденсаторів, транзисторів і т.д.) досягає декількох сотень тисяч, а їхні мінімальні розміри становлять 2...3…3 мкм. Швидкодія ВІС призвела до створення мікропроцесорів і мікрокомп'ютерів. Останнім часом широкого розвитку одержав новий розділ науки і техніки – оптоелектроніка.

Фізичну основу оптоелектроніки складають процеси перетворення електричних сигналів в оптичні і назад, а також процеси поширення випромінювання в різних середовищах.

Оптоелектроніка відкриває реальні шляхи подолання протиріччя між інтегральною напівпровідниковою електронікою і традиційними електрорадіокомпонентами (резистори змінні, кабелі, ЭПТ, лампи накалювання і т.д.).

Перевагою оптоелектроніки є невичерпні можливості підвищення робочих частот і використання принципу паралельної обробки інформації.