Артёмов К.С. Твердотельная электроника
..pdf
ln τ
τ |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Ti-1 |
Ts-1 |
1/T |
а) |
|
|
б) |
|
Рис. 2.7. Зависимость времени жизни от температуры (а) и удельного |
|
|||
сопротивления (б) ПП |
|
|
|
|
|
|
Wc |
|
Wd |
1 |
|
WFn |
|
|
|
|
|
||
Wc |
|
|
|
|
|
|
|
WE |
|
T = 0 |
а) |
|
|
|
|
|
|
||
½ |
|
Wv |
|
|
T ≠ 0 |
|
|
|
|
|
|
Wc |
|
|
Wv |
|
|
|
|
0 |
б) |
WE |
|
|
|
|
WFn |
|
|
Рис. 2.8. Положение функции рас- |
|
Wv |
|
Wа |
|
|
|
||
пределения на зонной диаграмме |
Рис. 2.9. Положение уровня |
|
||
Ферми |
|
|
|
|
собственного ПП |
|
для электронов (а) и дырок (б) |
||
65
|
|
|
|
|
E |
|
|
|
|
|
|
W |
x |
|
x + dx |
|
|
|
|
|
|
|
|
d |
X |
|
|
|
|
|
|
dx |
|
|
|
|
|
|
|
I(x) |
|
I(x + dx) |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Wc |
|
|
|
|
|
g0 |
|
R0 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Wv |
|
|
|
Рис. 2.10. Движение носителей в зоне |
|
|||||
|
|
|
|
p |
|
n |
|
а) |
|
|
|
|
l0 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
рекомбинация |
|
|
+ |
+ |
+ |
+ |
+ |
|
|
|
n-слой |
|
|
+ |
+ |
+ |
+ |
|
|
+ |
+ |
+ |
+ |
+ |
+ |
р-слой |
б) |
|
|
|
|
+ |
+ |
+ |
|
|
|
рекомбинация |
+ |
+ |
+ |
+ |
+ |
|
|
|
электроны |
+ ионы |
дырки |
– ионы |
|
|
|||
Рис. 3.1. Диод (а) и образование p-n-перехода (б) |
|
|||||||
n
φEp
φF
φEn
p
Рис. 3.2. Зонная структура p-n-перехода в равновесном состоянии
66
p, n |
P+ -слой |
Р-слой |
|
1018 |
|
|
|
1016 |
|
|
|
|
|
Р |
|
1014 |
|
|
|
|
|
Обогащенный слой |
|
1012 |
|
|
|
1010 |
|
ni |
Рис. 3.3. Контакт типа |
|
|
|
p+ – p |
108 |
|
|
|
106 |
|
|
|
|
|
n |
|
104 |
|
|
|
102 |
|
|
|
|
|
φFm > φFp |
|
|
|
М |
Р |
|
|
|
|
φm φs |
|
|
|
φc |
|
|
|
|
|
|
φc |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|||||||||||
|
|
|
|
|
|||||||||||
φFm |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
φF |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
φFp |
|
|
|
|
|
|
φv |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||
|
|
|
|
а) |
φa φv |
|
|
|
|
|
б) |
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
Рис. 3.4. Зонные структуры слоев М и р (а) и образование выпрямляющего контакта (б)
|
|
|
|
|
|
|
|
М |
|
|
|
|
|
|
|
|
n |
||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||||||
|
|
φМ |
φS |
|
φс |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
φc |
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
φd |
|||||||||
|
|
|
|||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||
φFm |
|
|
|
|
|
|
φd |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
φF |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
φFn |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
а) б)
Рис. 3.5. Зонная структура слоев М и n (а) и образование омического контакта (б)
67
n |
n+ |
M |
I / I0 |
Ge |
Si |
|
|
а) |
|
|
|
|
|
φF |
|
|
|
|
|
б) |
|
|
|
|
|
|
|
|
U / φT |
|
|
туннельный |
|
|
|
|
|
эффект |
|
|
|
|
|
в) |
Рис. 3.8. Вольт-амперная |
||
|
|
|
характеристика идеализиро- |
||
|
|
|
ванного диода |
|
|
Рис. 3.6. Омический контакт M-n+-n в
равновесии (а), при прямом (б) и обратном (в) включении контакта M-n+
Al
Al
|
Al |
n+ |
p+ |
p
переход
n - Si
Ni
Рис. 3.7. Кремниевый диод с омическими контактами из алюминия
68
I
идеал
реал
UЭБ
Рис. 3.9. Прямая характеристика реального диода
|
CK |
rП |
rб |
Э |
Б |
СП |
|
Рис. 3.11. Эквивалентная схема диода
I
50 С |
|
20 С |
I1
UT2 UT1 U
Рис. 3.10. Зависимость ВАХ
диода от температуры (прямое включение)
1,0 0,5
U/UZ 
0 10
20
30
I / I0
Рис. 3.12. Пробой p-n-перехода
69
I E U
D
A' |
0 |
α |
A |
C' D' |
U |
C
B 
I
Рис. 3.14. Аппроксимация ВАХ |
Рис. 3.13. Тепловой пробой p-n-перехода |
||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
реального диода |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||
|
|
|
|
|
E = Uдo |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
rд |
I |
|
|
|
|
|
|
|
||||||||
|
|
|
|
|
|
E |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
а) |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Uпр |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||
|
|
|
|
|
|
Iобр |
rобр |
|
|
|
|
|
|
R1(I) |
|||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
I |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
б) |
|
|
|
|
|
|
|
|
Iобр |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
E |
|
|
|
|
|
|
R2(I) |
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Uобр |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Рис. 3.16. Последовательная цепь |
|||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Епроб |
|
|
|
|
из нелинейных резисторов с |
||||||||||
|
|
Iобр |
|
rпроб |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
источником ЭДС. |
|||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
в)
Uобр
Рис. 3.15. Эквивалентная схема диода при прямом включении (а), обратном (б) и в режиме пробоя (в).
70
I |
R2(I) |
I |
R1(I) |
|
R1(I) |
|
R2(I) |
|
|
I' |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
UR2 |
UR1 |
||||
|
|
|
|
|
|
U |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
U |
|
|
UR2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
E |
|||||
|
|
UR1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
Рис. 3.18. Определение тока и паде- |
|||||||||
|
Рис. 3.17. ВАХ нелинейных |
|
ний напряжений для цепи рисунка |
|||||||||||||
|
|
|
|
резисторов |
|
|
3.16 по методу опрокинутой |
|||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
характеристики |
|||||
I |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
E/R |
B |
|
|
|
Е |
|
|
|
I |
|
VD |
|||||
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
Е |
|
|
|
|
R |
||||
I |
|
|
|
A |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
α' |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
α Е E' |
U |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
0 |
|
Uд |
UR |
|
|
|
|
|
|
|
а) |
|||||
б)
Рис. 3.19. Работа диода с нагрузкой на постоянном токе: а) схема включения; б) построение нагрузочной прямой.
I
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
VD |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
ΔI |
~ Uвх |
|
R |
|
|
|
|
|
β |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
UD0 |
|
ΔU |
U |
а) |
|
|||
|
|
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
||
Рис. 3.20 |
|
|
|
|
|
|
|
|
71
I I
|
|
|
|
|
|
|
|
|
T/2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
U |
T |
t |
|
|
|
|
|
|
T |
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
UВХm |
|
|
|
|
|
|
|
t |
|
|
|
б) |
|
Рис. 3.21. Работа диода на переменном токе с нагрузкой |
|
|||||||||
|
|
|
D |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
~ UВХ |
|
|
R |
|
|
||||
|
|
|
E |
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
а)
72
I
|
Uд max |
IВХmax |
URн max |
t 
K
IВХ min |
α |
Е |
|
|
|
||
Uд min |
A |
B |
U |
|
URн min |
|
|
UВХ m
t
б)
Рис. 3.22. Схема включения (а) и работа диода с нагрузкой при одновременном воздействии постоянного и переменного напряжений.
n - Ge |
|
In |
In |
Э |
K |
р |
р |
w |
RK |
EЭ |
ЕК |
Б
Рис. 4.1. Транзистор p-n-p и схема его включения
73
p |
n |
p |
гребень |
|
|
|
φC |
|
яма |
|
|
|
|
|
φF |
|
|
|
φV |
|
гребень |
яма |
|
|
Еэп |
Екп |
|
Э p |
n |
p |
К |
Б
Рис. 4.2. Равновесное состояние транзистора
URк
|
|
|
|
|
|
|
ЕЭ |
|
|
ЕК |
|||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
ЕЭ перех. |
|
|
ЕК перех. |
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Э |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
IK |
|
p |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
n |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
p |
К |
|
||||
IЭ |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
IБ |
Б |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
RK |
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||
|
|
|
ЕЭ |
|
|
|
|
|
|
|
ЕК |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
а) |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
φС
φFp
φV
ЕК
φFp |
ЕЭ |
|
|
φFn |
||
|
|
|
|
|
б) |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Рис. 4.3. Транзистор при нормальном включении
74