- •Физические основы электроники
- •Тема 1 основы теории твердого тела
- •1.1.1 Виды связей
- •1.1.2 Кристаллическое строение веществ:
- •1.1.4 Дефекты кристалла
- •Контрольные вопросы к теме 1:
- •Тема 2 физические эффекты в твердых и газообразных диэлектриках
- •2.1 Поляризация, электропроводность, диэлектрические потери, проницаемость
- •Виды поляризации: электронная, ионная, дипольно-релаксационная, ионно-релаксационная, самопроизвольная и др.
- •Ионная поляризация. Она возникает вследствие упругого смещения связанных ионов из положения равновесия на расстояние, меньшее постоянной кристаллической решетки.
- •Дипольно-релаксационная поляризация. Заключается в повороте (ориентации) дипольных молекул в направлении электрического поля.
- •Диэлектрики с ионной структурой. К ним относятся твердые неорганические диэлектрики с выше перечисленными поляризациями и делятся по потерям на 2 группы:
- •2.2 Электропроводность диэлектриков, диэлектрические потери, диэлектрическая проницаемость, электрическая прочность, виды пробоя в диэлектриках
- •Электропроводность. В твердых диэлектриках представляет собой сумму токов:
- •Пробой диэлектриков. Явление образования в диэлектрике проводящего канала под действием электрического поля называется пробоем. Различают два вида пробоя: полный и неполный.
- •Тепловой пробой. Обусловлен нарушением теплового равновесия диэлектрика вследствие диэлектрических потерь. Мощность, выделяющаяся в образце равна:
- •2.3 Сегнетодиэлектрики
- •2.4 Пьезоэлектрики
- •2.5 Активные диэлектрики
- •Вывод. При отсутствии внешнего поля сегентодиэлектрики представляет собой как бы мозаику из доменов – областей с различными направлениями поляризованности.
- •2.6 Электропроводность газообразных диэлектриков
- •4 Вида самостоятельного разряда:
- •Закон Пашека. Пробивное напряжение воздуха и других газов в электрическом поле является функцией произведения давления газа на расстояние между электродами:
- •2.7 Электролюминесценция, катодолюминесценция
- •Контрольные вопросы к теме 2:
- •Тема 3 физические эффекты в проводниках
- •3.1 Классификация проводников
- •3.2 Полукристаллические и аморфные металлы и сплавы. Особенности металлов в тонкопленочном состоянии
- •3.2.1 Медь
- •3.2.2 Алюминий
- •3.2.3 Железо
- •3.2.4 Натрий
- •3.2.5 Вольфрам
- •3.2.6 Молибден
- •3.2.7 Благородные металлы
- •3.2.8 Никель и кобальт
- •3.2.9 Свинец
- •3.2.10 Олово
- •3.2.11 Цинк и кадмий
- •3.2.12 Индий и галлий
- •3.2.13 Ртуть
- •3.3 Особенности металлов в тонко пленочном состоянии
- •Вольфрамобариевые катоды
- •Вторичная эмиссия
- •3.4 Сверхпроводящие проводники. Статический эффект Джозефсона. Применение сверхпроводимости
- •Применение
- •3.5 Контактная разность потенциалов, термо - эдс, эффекты.
- •Два закона:
- •Механизм возникновения
- •Контрольные вопросы к теме 3:
- •Тема 4 физические эффекты в магнитных материалах
- •4.2 Зависимость параметров от температуры. Свойства магнитных материалов в свч полях
- •Магнитодиэлектрики
- •Контрольные вопросы к теме 4:
- •Тема 5 физические основы процессов в полупроводниковых материалах
- •Концентрация зарядов в пп. Вероятность Fn (w) нахождения свободного электрона в энергетическом состоянии w определяется функцией Ферми- Дирака:
- •5.2 Понятие об электронно-дырочном переходе, типы переходов, токи в p – n переходе
- •Тема 5.4 Вольт амперные характеристики и p-n модель
- •5.4.1 Модель p-n , вах
- •5.4.2 Вольт – амперная характеристика
- •5.4.3 Физические процессы в контактах пп с различной шириной запрещенной зоны (гетеропереходы), металл - пп
- •5.4.4 Гетеропереходы
- •5.4.5 Люминесценция полупроводников
- •5.4.6 Фотопроводимость полупроводников
- •5.4.7 Эффект Холла
- •5.5 Эффект поля
- •5.5.2 Эффекты в структурах мдп
- •5.5.3 В идеальных мдп-структурах не учитывалось влияние зарядов в окисле и на границе окисел – кремний
Физические основы электроники
СОДЕРЖАНИЕ
Введение 5
ТЕМА 1 Основы теории твердого тела 6
Строение твердых тел 6
Энергетические уровни и зоны 11
Собственная проводимость полупроводников 13
Глубокие уровни 18
Примесные полупроводники 20
Оптические и электрические свойства
полупроводников 22
Жидко кристальные приборы для
отображения информации 23
Твист-эффект 26
ТЕМА 2 Физические эффекты в твердых и
газообразных диэлектриках 27
2.1 Поляризация, электропроводимость,
диэлектрические потери, проницаемость 27
2.2 Электропроводность диэлектриков,
диэлектрические потери, диэлектрическая
проницаемость, электрическая прочность,
виды пробоя в диэлектриках 29
2.3 Сегнетодиэлектрики 32
2.4 Пьезоэлектрики 33
2.5 Активные диэлектрики 35
2.6 Электропроводимость газообразных диэлектриков 37
2.7 Электролюминесценция, катодолюминесценция 40
ТЕМА 3 Физические эффекты в проводниках 43
3.1 Классификация проводников 43
3.2 Полукристаллические и аморфные металлы и сплавы.
Особенности металлов в тонкопленочном состоянии 45
3.3 Особенности металлов в тонкопленочном состоянии 54
3.4 Сверхпроводящие проводники. Статический эффект
Джозефсона. Применение сверхпроводимости 58
3.5 Контактная разность потенциалов, термо - эдс, эффекты 60
ТЕМА 4 Физические эффекты в магнитных материалах 64
4.1 Магнитная структура доменов в кристаллах.
Процесс намагничивания. Магнитный гистерезис,
магнитная анизотропия 64
4.2 Зависимость параметров от температуры.
Свойства магнитных материалов в СВЧ полях 70
ТЕМА 5 Физические основы процессов в
полупроводниковых материалах 73
5.1 Зонная модель полупроводников (ПП).
Вырожденные и невырожденные ПП.
Уровень Ферми в ПП. Зависимость уровня Ферми
от температуры, степени концентрации примеси 73
Понятие об электронно-дырочном переходе
типы переходов, токи в p-n переходе 81
Прямо смещенный p-n переход 84
Вольт амперные характеристики и p-n модель 86
Эффект поля 99
Литература 107
ВВЕДЕНИЕ
Значительные изменения во многих областях науки и техники обусловлены развитием электроники. Тенденция развития такова, что доля электронных информационных устройств и устройств автоматики непрерывно увеличивается, благодаря развитию интегральной технологии, внедрение которой позволило наладить массовый выпуск высококачественных, дешевых, нетребующих специальной настройки и наладки микроэлектронных функциональных узлов различного назначения. На основе БИС и СБИС созданы и выпускаются микропроцессоры и микропроцессорные комплекты, представляющие собой вычислительную машину.
Развитие электроники характеризуется несколькими этапами. Ранее большое развитие получила аналоговая аппаратура. Но аналоговая аппаратура не могла обеспечить высокую точность сигнала, быстродействие, малую зависимость параметров от метрологических условий. В настоящее время применяется цифровая система обработки сигнала, что позволило применять ЭВМ, повысить точность обработки сигнала, универсальность использования, повысить быстродействие и надежность.
Эффективное применение ИМС невозможна без знания принципов их действия и основных параметров. Основу ИМС составляют элементарные схемы, физические процессы и особенности работы их можно пояснить на моделях собранных с помощью дискретных элементов.
Поэтому в конспекте лекций уделяется основное внимание пояснению физических процессов в различных дискретных элементах.
Конспект лекций составлен в соответствии с требованиями государственного образовательного стандарта высшего профессионального образования по дисциплине «Физические основы электроники» для специальностей дневной формы обучения. При составлении конспекта использовался материал разнообразной технической литературы, так как нет одного учебника, который содержал бы необходимую информацию по всем разделам учебной программы. Это несколько облегчит труд студента и поможет сосредоточить внимание на изучении дисциплины.