Что-то по Электротехнике
.docx1. Проводники, полупроводники и диэлектрики. Твердотельная электроника. Метод Чохральского. p-n переход. ВАХ p-n перехода. Смещение p-n перехода. Диффузия и дрейф в p-n переходе. Переход полупроводник-металл. Полупроводниковые приборы. Зависимость сопротивления p-n перехода от внешних факторов.
Металлы, например, такие как Fe, Li, Ag, Au и другие, то их удельное
сопротивление находится 10-6 до 10-4 Ом*см, т.е. имеют малое удельное сопротивление. Диэлектрики, напротив, имеют большое удельное сопротивление в диапазоне 10-10 10-18 Ом*см, удельное сопротивление металлов(проводников) с увеличением температуры незначительно возрастает,а полупроводников – наоборот, падает. в силу своей структуры в металлах при любой температуре, даже при температуре абсолютного нулю, имеются свободные электроны, которые переносят электрический заряд. В полупроводниках же концентрация электронов зависит от числа свободных электронов. При температуре абсолютного нуля в чистых(собственных) полупроводниках свободных электронов НЕТ, а значит их удельное сопротивление бесконечно! например,кремний Si, германий Ge, арсенид галлия GaAs, селен Se, оксид медиCuO2 и другие, т.е. полупроводниками могут быть как простые материалы, так и соединения. Наиболее перспективный материал – Si. Почему? Во-первых, напланете Земля он в достатке; во-вторых, его легко обрабатывать; в-третьих, в технологии изготовления интегральных микросхем на кремнии достаточно легко сформировать диэлектрический материал SiO2, который используется как изолятор между проводящими слоями и областями.Связь атомов между собой поясняется на структуре кристаллической решетки – решетки типа алмаз. В центре атом, он связан с такими же 4-мя атомами в вершинах – такая фигура называется тетраэдр, структура – тетраэдрическая. В свою очередь каждый атом вершины также связан с другими 4-ми атомами. Если объединить тетраэдры между собой – получится элементарная ячейка. Именно элементарная ячейка (ЭЯ), а не тетраэдр, является элементом кристалла.Причиной появления свободных электронов в собственном полупроводнике может быть не только повышение температуры (частица– фонон), свободные частицы могут образовываться под действием света(частица – фотон) или под действием излучения, или под действием напряженности электрического поля. В любом случае, в чистых
полупроводниках (собственных) свободные частицы появляются парами – один электрон и одна дырка. Два электрона – две дырки и т.д.
Но если в полупроводнике в условиях термодинамического равновесия
необходима определенная концентрация носителей заряда, то такой
материал можно пролегировать, т.е. создать необходимую концентрацию носителей заряда путем контролируемого введения внешней примеси. Такие полупроводники называют примесными.
По типу формирования избыточной концентрации электронов или дырок примеси бывают донорными (электронные полупроводники
или полупроводники n-типа) или акцепторными(дырочные полупроводники или полупроводники p-типа), соответственно. Для
формирования донорной примеси как правило используют химические
элементы V группы, а для формирования акцепторной примеси – III
группы Моно-кремний также служит в качестве фотоэлектрического, светопоглощающего материала при изготовлении солнечных элементов. Он состоит из кремния, у которого кристаллическая решетка всего твердого тела непрерывна, не нарушена до краев и не имеет каких- либо границ зерен (т.е. является монокристаллом). Mono-Si может быть получен как собственный полупроводник, состоящий только из исключительно чистого кремния, или он может быть легирован добавлением других элементов, таких как бор или фосфор, для получения кремния p-типа или n-типа. поскольку его доступность по доступной цене была необходима для разработки электронных устройств, на которых основана современная электроника и революция в информационных технологиях. Наиболее распространенной технологией производства является метод Чохральского, при котором в расплавленный кремний погружают точно ориентированный стержневой затравочный кристалл.
Твердотельную электронику также называют полупроводниковой
электроникой. Основные направления полупроводниковой электроники
связаны с разработкой и изготовлением различных видов полупроводниковых приборов: полупроводниковых диодов (выпрямительных, смесительных, параметрических, стабилитронов),
усилительных и генераторных диодов (туннельных, лавинно-пролётных, диодов Ганна), транзисторов (биполярных и униполярных), тиристоров, оптоэлектронных приборов (светоизлучающих диодов, фотодиодов,фототранзисторов, оптронов, светодиодных и фотодиодных матриц), интегральных схем. Основой полупроводниковой электроники является кристаллы —
твёрдые тела, в которых частицы (атомы и молекулы) расположены
закономерно, образуя трёхмерно-периодическую пространственную
структуру — кристаллическую решётку.
Метод Чохральского
Плавление навески шихты и получение расплава
При необходимости создаётся нейтральная аргоновая атмосфера с давлением не более 30 Торр
Начало кристаллизации строго по центру расплава в близи от поверхности
Выдерживание системы для стабилизации
Погружение подвески с затравочным кристаллом и вытягивание итогового кристаллического конуса
p-n переход - граница полупроводников двух типов проводимости
и область пространственного заряда вокруг неё, полученные в результате легирования примесного полупроводника одного типа примеси примесью другого типа
Основные носители заряда – носители заряда, образованные
легирующей примесью – электроны в полупроводнике n-типа или
дырки в полупроводнике p-типа.
Неосновные носители заряда – носители заряда в полупроводнике,
противоположные основным носителям заряда – электроны в
полупроводнике p-типа и дырки в полупроводнике n-типа.
Металлургическая граница – граница, полученная высокотемпературным
способом, физической границы в кристалле между двумя по-разному
легированными областями нет, кристалл структурно однороден.
Диффузия – перемещение свободных носителей заряда из области их
большей концентрации к области с меньшей концентрацией.
Дрейф - направленное движение носителей заряда под действием
электрического поля.
1. Проводники, полупроводники и диэлектрики. Твердотельная электроника. Метод Чохральского. p-n переход. ВАХ p-n перехода. Смещение p-n перехода. Диффузия и дрейф в p-n переходе. Переход полупроводник-металл. Полупроводниковые приборы. Зависимость сопротивления p-n перехода от внешних факторов.
Металлы, например, такие как Fe, Li, Ag, Au и другие, то их удельное
сопротивление находится 10-6 до 10-4 Ом*см, т.е. имеют малое удельное сопротивление. Диэлектрики, напротив, имеют большое удельное сопротивление в диапазоне 10-10 10-18 Ом*см, удельное сопротивление металлов(проводников) с увеличением температуры незначительно возрастает,а полупроводников – наоборот, падает. в силу своей структуры в металлах при любой температуре, даже при температуре абсолютного нулю, имеются свободные электроны, которые переносят электрический заряд. В полупроводниках же концентрация электронов зависит от числа свободных электронов. При температуре абсолютного нуля в чистых(собственных) полупроводниках свободных электронов НЕТ, а значит их удельное сопротивление бесконечно! например,кремний Si, германий Ge, арсенид галлия GaAs, селен Se, оксид медиCuO2 и другие, т.е. полупроводниками могут быть как простые материалы, так и соединения. Наиболее перспективный материал – Si. Почему? Во-первых, напланете Земля он в достатке; во-вторых, его легко обрабатывать; в-третьих, в технологии изготовления интегральных микросхем на кремнии достаточно легко сформировать диэлектрический материал SiO2, который используется как изолятор между проводящими слоями и областями.Связь атомов между собой поясняется на структуре кристаллической решетки – решетки типа алмаз. В центре атом, он связан с такими же 4-мя атомами в вершинах – такая фигура называется тетраэдр, структура – тетраэдрическая. В свою очередь каждый атом вершины также связан с другими 4-ми атомами. Если объединить тетраэдры между собой – получится элементарная ячейка. Именно элементарная ячейка (ЭЯ), а не тетраэдр, является элементом кристалла.Причиной появления свободных электронов в собственном полупроводнике может быть не только повышение температуры (частица– фонон), свободные частицы могут образовываться под действием света(частица – фотон) или под действием излучения, или под действием напряженности электрического поля. В любом случае, в чистых
полупроводниках (собственных) свободные частицы появляются парами – один электрон и одна дырка. Два электрона – две дырки и т.д.
Но если в полупроводнике в условиях термодинамического равновесия
необходима определенная концентрация носителей заряда, то такой
материал можно пролегировать, т.е. создать необходимую концентрацию носителей заряда путем контролируемого введения внешней примеси. Такие полупроводники называют примесными.
По типу формирования избыточной концентрации электронов или дырок примеси бывают донорными (электронные полупроводники
или полупроводники n-типа) или акцепторными(дырочные полупроводники или полупроводники p-типа), соответственно. Для
формирования донорной примеси как правило используют химические
элементы V группы, а для формирования акцепторной примеси – III
группы Моно-кремний также служит в качестве фотоэлектрического, светопоглощающего материала при изготовлении солнечных элементов. Он состоит из кремния, у которого кристаллическая решетка всего твердого тела непрерывна, не нарушена до краев и не имеет каких- либо границ зерен (т.е. является монокристаллом). Mono-Si может быть получен как собственный полупроводник, состоящий только из исключительно чистого кремния, или он может быть легирован добавлением других элементов, таких как бор или фосфор, для получения кремния p-типа или n-типа. поскольку его доступность по доступной цене была необходима для разработки электронных устройств, на которых основана современная электроника и революция в информационных технологиях. Наиболее распространенной технологией производства является метод Чохральского, при котором в расплавленный кремний погружают точно ориентированный стержневой затравочный кристалл.
Твердотельную электронику также называют полупроводниковой
электроникой. Основные направления полупроводниковой электроники
связаны с разработкой и изготовлением различных видов полупроводниковых приборов: полупроводниковых диодов (выпрямительных, смесительных, параметрических, стабилитронов),
усилительных и генераторных диодов (туннельных, лавинно-пролётных, диодов Ганна), транзисторов (биполярных и униполярных), тиристоров, оптоэлектронных приборов (светоизлучающих диодов, фотодиодов,фототранзисторов, оптронов, светодиодных и фотодиодных матриц), интегральных схем. Основой полупроводниковой электроники является кристаллы —
твёрдые тела, в которых частицы (атомы и молекулы) расположены
закономерно, образуя трёхмерно-периодическую пространственную
структуру — кристаллическую решётку.
Метод Чохральского
Плавление навески шихты и получение расплава
При необходимости создаётся нейтральная аргоновая атмосфера с давлением не более 30 Торр
Начало кристаллизации строго по центру расплава в близи от поверхности
Выдерживание системы для стабилизации
Погружение подвески с затравочным кристаллом и вытягивание итогового кристаллического конуса
p-n переход - граница полупроводников двух типов проводимости
и область пространственного заряда вокруг неё, полученные в результате легирования примесного полупроводника одного типа примеси примесью другого типа Основные носители заряда – носители заряда, образованные
легирующей примесью – электроны в полупроводнике n-типа или
дырки в полупроводнике p-типа.
Неосновные носители заряда – носители заряда в полупроводнике,
противоположные основным носителям заряда – электроны в
полупроводнике p-типа и дырки в полупроводнике n-типа.
Металлургическая граница – граница, полученная высокотемпературным
способом, физической границы в кристалле между двумя по-разному
легированными областями нет, кристалл структурно однороден.
Диффузия – перемещение свободных носителей заряда из области их
большей концентрации к области с меньшей концентрацией.
Дрейф - направленное движение носителей заряда под действием
электрического поля.
p-n структура:
a — в равновесном состоянии; б — при прямом внешнем
напряжении; в — при обратном внешнем напряжении; l —
ширина р-n-перехода
Разность потенциалов, образованную приграничными зарядами,
называют контактной разностью потенциалов Uк, или
потенциальным барьером, преодолеть который носители не в состоянии
Полярность внешнего напряжения, приводящая к снижению
потенциального барьера, называется прямой, или открывающей, а
созданный ею ток — прямым. При подаче такого напряжения p-n-
переход открыт(рис. 1.9, б). Если к p-n-структуре приложить напряжение обратной полярности (рис. 1.9, в), то эффект будет противоположным.
Диффузионный ток через p-n переход – ток основных носителей
заряда, образованный прямым смещение p-n перехода.
Дрейфовый ток через p-n переход – ток неосновных носителей заряда,
образованный обратным смещением p-n перехода.
При прямом смещении p-n перехода:
диффузионный ток увеличивается
дрейфовый ток уменьшается
ток при прямом смещении - диффузионный
При обратном смещении p-n перехода
диффузионный ток уменьшается
дрейфовый ток увеличивается
ток при прямом смещении – дрейфовый (малый)????????
