Т.В. Свистова

ПРИБОРЫ ТВЕРДОТЕЛЬНОЙ

ЭЛЕКТРОНИКИ

Учебное пособие

Воронеж 2012

ФГБОУ ВПО «Воронежский государственный

технический университет»

Т.В. Свистова

ПРИБОРЫ ТВЕРДОТЕЛЬНОЙ

ЭЛЕКТРОНИКИ

Утверждено Редакционно-издательским советом

университета в качестве учебного пособия

Воронеж 2012

УДК 621.382

Свистова Т.В. Приборы твердотельной электроники: учеб. пособие / Т.В. Свистова. Воронеж: ФГБОУ ВПО «Воронежский государственный технический университет», 2012. 294 с.

В учебном пособии рассматриваются основные физические процессы и явления, обеспечивающие работу приборов твердотельной электроники. Приводится анализ электронных процессов в объеме полупроводников, в электронно-дырочных переходах и в области пространственного заряда на поверхности полупроводников. Подробно рассмотрены характеристики и параметры различных видов приборов твердотельной электроники.

Издание соответствует требованиям Федерального государственного образовательного стандарта высшего профессионального образования по направлению подготовки бакалавров 210100 «Электроника и наноэлектроника» (профиль «Микроэлектроника и твердотельная электроника»), дисциплине «Физические основы электроники».

Учебное пособие подготовлено в электронном виде в текстовом редакторе Word 2003 и содержится в файле «Приборы ТЭ.doc».

Табл. 3. Ил. 138. Библиогр.: 20 назв.

Научный редактор д-р физ.-мат. наук, проф. С.И. Рембеза

Рецензенты: кафедра физики полупроводников и микроэлектроники Воронежского государственного университета (зав. кафедрой д-р физ.-мат. наук, проф. Е.Н. Бормонтов);

канд. физ.-мат. наук, доц. Е.В. Бордаков

©  Свистова Т.В., 2012

© Оформление. ФГБОУ ВПО «Воронежский

государственный технический

университет», 2012

Введение

Твердотельная электроника решает задачи, связанные с изучением свойств полупроводников, диэлектриков, магнитных материалов, влиянием на эти свойства примесей и особенностей структуры, изучением свойств поверхностей и границ раздела между слоями различных материалов; созданием в кристалле областей с разными типами проводимости; созданием гетеропереходов и многослойных структур; созданием функциональных устройств микронных и субмикронных размеров, а также способами измерения их параметров. Основными направлениями твердотельной электроники являются: полупроводниковая электроника, связанная с разработкой различных видов полупроводниковых приборов, и микроэлектроника, связанная с разработкой интегральных схем.

Полупроводниковый прибор - это устройство, изготовленное частично или целиком из полупроводникового материала, которое может выполнять необходимые функции в электронной аппаратуре. Твердотельная электроника определяется физическими свойствами самих полупроводниковых материалов. Поэтому в первой главе учебного пособия представлены основные сведения из физики твердого тела и физики полупроводников. Во второй и третьей главах излагаются физические основы, связанные с контактными явлениями в электронно-дырочных переходах, барьерах Шоттки и гетеропереходах, а также основы физики поверхности полупроводников и МДП-структур. В четвертой главе рассмотрены полупроводниковые диоды, структура которых проще структур большинства других приборов. Поэтому материал этой главы необходим для понимания принципа работы других полупроводниковых приборов.

В учебном пособии рассмотрены физические основы работы твердотельных полупроводниковых приборов, использующих как явление инжекции носителей через p-n-переходы, так и явления, связанные с эффектом поля. Глава 5 посвящена биполярному транзистору, работа которого основана на взаимодействии двух близко расположенных p-n-переходов. Биполярный транзистор является одним из важнейших полупроводниковых приборов. Можно считать, что с его изобретения в 1948 году началась эра современной электроники. Работа тиристора, представляющего собой три близко расположенных и взаимодействующих p-n-перехода (p-n-p-n-структура), рассматривается в главе 6. Тиристоры обладают широким диапазоном уровня переключаемых мощностей. В зависимости от назначения они могут выдерживать токи от нескольких миллиампер до тысяч ампер и напряжение свыше 5000 В. Глава 7 посвящена униполярным приборам, работу которых определяют главным образом носители одного типа (основные). Рассмотрены родственные по принципу действия полевые транзисторы с p-n-переходом в качестве затвора и полевые транзисторы металл-диэлектрик-полупроводник (МДП-транзисторы), представляющие собой важный элемент интегральных схем.

Область электроники вообще и полупроводниковых приборов в частности столь динамична и претерпевает столь быстрые изменения, что понятия сегодняшнего дня могут оказаться устаревшими уже завтра. Пособие направлено на то, чтобы оказать помощь в изучении основных физических процессов, лежащих в основе работы полупроводниковых приборов, и приобрести достаточные знания в области физики и математики, чтобы оценивать, понимать и отвечать на любые события в этих быстроразвивающихся областях.

Учебное пособие предназначено для студентов направления подготовки бакалавров 210100 «Электроника и наноэлектроника», профиля «Микроэлектроника и твердотельная электроника» очной формы обучения.