- •4. Литература
- •15. Разевиг, в.Д. Система сквозного проектирования электронных устройств DesignLab 8.0 / в.Д. Разевиг. – м.: Солон–р, 2000. – 706 с.
- •Теоретический раздел Лекции
- •Тема1. Определение и классификация электронных приборов
- •Тема 2. Физические явления полупроводниковой электроники
- •2.1.3. Температурные свойства p-n-перехода
- •2.1.4. Частотные и импульсные свойства p-n-перехода
- •2.1.5. Переход металлполупроводник
- •Тема 3 Полупроводниковые диоды
- •Тема 4. Биполярные транзисторы
- •2.3. Системы параметров z,y,h.
- •В системе z–параметров напряжения на входе и выходе четырехполюсника зависят от токов ;
- •В этом случае сами параметры можно записать как:
- •3. Работа биполярного транзистора с нагрузкой
- •Тема 5. Полевые транзисторы
- •5. 1 Инженерные модели полевых транзисторов
- •5.1.1. Полевой транзистор с управляющим p-n-переходом
- •3.2.2. Полевой моп-транзистор с изолированным затвором
- •Тема 6. Переключающие приборы
- •6.2. Триодные тиристоры
- •6.3. Симметричные тиристоры (симисторы)
- •Тема 7. Элементы интегральных микросхем
- •7.1. Пассивные элементы интегральных микросхем
- •Тема 8. Компоненты оптоэлектроники
- •8.2. Характеристики светодиодов
- •8.3. Основные параметры светодиодов
- •8.4. Полупроводниковые приемники излучения
- •8.5. Фоторезисторы
- •8.6. Характеристики фоторезистора
- •5.7. Параметры фоторезистора
- •5.8. Фотодиоды
- •5.9. Характеристики и параметры фотодиода
- •5.10. Фотоэлементы
- •5.11. Фототранзисторы
- •5.12. Основные характеристики и параметры фототранзисторов
- •5.13. Фототиристоры
- •5.14. Оптопары
- •Тема 10 аналоговые устройства
- •Тема 11. Цепи питания транзисторов в режиме покоя
- •Тема12 . Усилительные каскады
- •12.1. Усилительный каскад с общим эмиттером
- •12.2. Усилительный каскад по схеме с общей базой
- •12.3 . Усилительный каскад с общим коллектором
- •12.4. Усилительные каскады на полевых транзисторах
- •12.5. Усилители большой мощности
- •Тема 13. Обратные связи в усилителях и генераторах
- •Тема 14. Усилители постоянного тока
- •14.1. Дифференциальные усилители
- •Тема 15.Операционные усилители
- •15.3. Неинвертирующий усилитель на оу
- •3.4.5. Параметры операционных усилителей
- •Тема 16. Электронные ключи
- •16.1. Электронный ключ на биполярном транзисторе
- •16.3. Быстродействующие ключи на биполярном транзисторе
- •16.4. Ключи на полевых транзисторах
- •Тема 17 цифровые логические устройства
- •Тема 18. Триггеры
- •Тема19. Мультивибраторы
- •8.5.1. Симметричный транзисторный мультивибратор
- •Тема 20. Анализ электронных схем на эвм
- •20.1. Математические модели полупроводниковых диодов
- •20.2. Нелинейная модель полупроводникового диода
- •1.3. Алгоритм определения параметров нелинейной модели диода
- •20.3. Математические модели биполярных транзисторов
- •3.2. Модель Эберса – Молла
- •3.3. Малосигнальная физическая т-образная эквивалентная схема
- •3.5. Модель Гуммеля – Пуна
- •3.6. Частотные свойства бт
2.1.5. Переход металлполупроводник
Эффект Шоттки, полученный на основе контакта металлполупроводник, заключается в различной величине работы выхода электронов из металла и полупроводника различной проводимости Могут использоваться различные структуры переходов металлполупроводник с разной работой выхода электронов:Ам работа выхода электронов из металла;АПработа выхода электронов из полупроводника.
Если Ам < АП переход типа Ме –п не обладает выпрямляющими свойствами, так как при таких условиях будет преобладать выход электронов из металла и при любой полярности напряжения на переходе сопротивление слоя полупроводника будет малым, поскольку этот слой обогащен основными носителями. Такой контакт (невыпрямляющий) используется во всех полупроводниковых приборах в месте соединения области с внешним выводом и его называют омическим.
Если АП < Ам переход типа Ме- р также не обладает выпрямляющими свойствами, так как из полупроводника в металл выходит гораздо большее количество электронов, чем в обратном направлении, и в приграничном слое образуется область, обогащенная основными носителямидырками, которая
имеет низкое сопротивление независимо от полярности напряжения внешнего источника.
Очевидно, что в двух других случаях ( АП < Ам и переход типа Ме- п , а также Ам < Ап и переход типа Ме- р) в приграничном слое полупроводника будет создаваться обедненный основными носителями слой. Этот слой будет иметь большое сопротивление и в зависимости от полярности приложенного напряжения будет меняться высота потенциального барьера, поэтому такой переход обладает выпрямляющими свойствами.
Особенности перехода Шоттки:
1. На переходе таких приборов создается значительно меньшее падение напряжения (0,10,2 В), чем на электронно-дырочном переходе (рис. 1.5): при прохождении даже небольшого начального тока через контакт с большим сопротивлением на нем выделяется тепловая энергия, способствующая появлению дополнительных носителей.
2. Отсутствие инжекции неосновных носителей заряда.
3. Переходы работают только на основных носителях, следовательно, в приборах, изготовленных на основе эффекта Шоттки, практически отсутствует диффузионная емкость, связанная с накоплением и рассасыванием носителей.
Рис. 2.4. ВАХ диода Шоттки (ДШ) и обычного диода
4. Отсутствие диффузионной емкости существенно повышает быстродействие приборов, поэтому диоды, выполненные на основе такого контакта, обладают значительно лучшими переключающими свойствами, чем диоды на основе контакта полупроводникполупроводник.
.
Динамическое равновесие p-n-перехода. Образование электронно-дырочного перехода вблизи границы, разделяющей области полупроводника с различным типом электропроводности, обусловлено следующими явлениями. Диффузия основных носителей p- и n-областей в противоположную область приводит к возникновению вблизи границы объемных электрических зарядов – положительного в n-области и отрицательного в p-области, как показано на рис. 3.1, а. Эти заряды обусловлены появлением нескомпенсированных ионизированных атомов донорной примеси (положительные неподвижные заряды) в n-области и нескомпенсированных ионизированных атомов акцепторной примеси (отрицательные неподвижные заряды) в p-области.
Между нескомпенсированными зарядами вn- и p-областях возникает электрическое поле напряженностью , называемоевнутренним, и контактная разность потенциалов (рис. 3.1, б,
где – постоянная Больцмана;– абсолютная температура;– заряд электрона; ,– концентрация акцепторной и донорной примеси соответственно;– концентрация примеси в собственном полупроводнике;,– электрический потенциалp- и n-области соответственно. Электрическое поле препятствует дальнейшей диффузии носителей заряда через переход, при этом возникает потенциальный энергетический барьер для основных носителей величиной .
Вектор напряженности внутреннего электрического поля в p-n-переходе направлен от n-области к p-области. Поэтому возникшее электрическое поле вызывает дрейфовый перенос носителей из области, где они являются неосновными, в ту область, где они становятся основными носителями. Электроны дрейфуют из p-области в n-область, а дырки наоборот. Дрейфовый ток имеет направление, встречное диффузионному. При отсутствии внешних воздействий на переход устанавливается состояние динамического равновесия, при котором суммарный ток через переход равен нулю:, т.е. число диффундирующих носителей равно числу дрейфующих носителей.
Ширина перехода определяется следующим выражением:
, (2.15.)
где – абсолютная диэлектрическая проницаемость полупроводника; ,– глубина проникновения перехода вp- и n-область соответственно.
Область p-n-перехода, характеризующуюся низкой концентрацией подвижных носителей заряда, можно рассматривать как квазидиэлектрик, поскольку подвижные носители заряда из нее удаляются внутренним электрическим полем и диффузией. По этой причине p-n-переход часто называют обедненным слоем.
Прямое включение p-n-перехода. Если к переходу подключить внешний источник с напряжением , как показано на рис. 3.2, а, таким образом, что вектор напряженности образованного им электрического полябудет направлен встречно вектору напряженности внутреннего поля, то в результате уменьшится разность потенциалов между областями (рис. 3.2, б):
, (2.16)
напряженность суммарного электрического поля в p-n-переходе также уменьшится:
, (2.17)
соответственно снизится высота потенциального барьера до величины и сузится областьp-n-перехода. Причем зависимость ширины перехода от напряжения на нем описывается выражением
. (2.18)
Большое число основных носителей оказывается способным преодолеть снизившийся потенциальный барьер p-n-перехода, и через него начинает протекать значительный ток, который будет расти при увеличении приложенного напряжения, поскольку будет расти число носителей, способных преодолеть пониженный потенциальный барьер. Диффузионная составляющая тока через p-n-переход будет значительно выше дрейфовой составляющей . Ток, протекающий через переход, называют прямым током, а напряжение рассмотренной полярности называется прямым напряжениеми считается положительным. При прямом включенииp-n-перехода происходит инжекция носителей заряда – диффузионный перенос основных носителей в область, где они становятся неосновными.
Большинство полупроводниковых диодов выполняют на основе несимметричных p-n-переходов, в которых концентрация легирующей примеси в одной из областей перехода много выше, чем в другой области. В таком переходе более легированную область называют эмиттер, а менее легированную – база. Инжекцию в таких переходах можно считать односторонней, поскольку преобладает инжекция носителей из эмиттера в базу.
Обратное включение p-n-перехода. Если к переходу подключить внешний источник с напряжением , как показано на рис. 3.3, а, таким образом, что вектор напряженности образованного им электрического полябудет сонаправлен с вектором напряженности внутреннего поля, то в результате увеличится разность потенциалов между областями (рис. 3.3, б):
, (2.19)
напряженность суммарного электрического поля в p-n-переходе также увеличится
, (2.20)
соответственно повысится высота потенциального барьера до величиныи расширится областьp-n-перехода. Зависимость ширины перехода от обратного напряжения на нем описывается выражением
. (2.21)
В таких условиях основные носители оказываются неспособными преодолеть повысившийся потенциальный барьер p-n-перехода, и через него протекает незначительный по величине ток неосновных носителей, для которых суммарное поле перехода является ускоряющим, т.е. . Таким образом, обратный ток перехода в отличие от прямого является дрейфовым, его величина практически не зависит от напряжения, поскольку не меняется число носителей, создающих его. Напряжение рассмотренной полярности называется обратным напряжениеми считается отрицательным. При обратном включенииp-n-перехода происходит экстракция носителей заряда – дрейфовый перенос неосновных носителей в область, где они становятся основными.