- •Кафедра информационных систем
- •Методические указания по дисциплине "Аппаратные средства вычислительных комплексов" для студентов специальности 351400 "Прикладная информатика (в экономике)"
- •Основные учебные темы дисциплины " Аппаратные средства пэвм и систем телекоммуникации"
- •1.1. Собственная электропроводность полупроводниковых материалов
- •1.2. Примесная электропроводность
- •Электронно-дырочный переход и его свойства
- •2.1. Токи в р-n переходе и их характеристики
- •2.2. Прямое включение p-n перехода
- •2.3. Обратное включение p-n перехода
- •3. Структура диодов . Точечные и плоскостные диоды
- •3.1. Точечные диоды
- •3.2. Плоскостные диоды
- •3.3. Выпрямительные диоды
- •4. Транзисторы
- •4.1. Биполярные транзисторы
- •4.2. Схемы включения биполярного транзистора и режимы его работы
- •4.3. Работа биполярного транзистора в активном режиме
- •4.4. Токи биполярного транзистора
- •4.5. Усилительные свойства биполярного транзистора
- •5 . Логические элементы в интегральном исполнении
- •5.1. Логический элемент и - не диодно-транзисторной логики (дтл)
- •5. 2. Логический элемент и – не транзисторно-транзисторной логики (ттл)
- •5.3. Логический элемент или - не n-канальной моп-транзисторной логики ( моптл )
- •5.4. Эмиттерно-связанная логика (эсл)
- •6. Триггеры в интегральном исполнении
- •6.1. Rs-триггер
- •6.2. D-триггер
- •6.3. Т-триггер
- •7. Регистры
- •7. 1. Параллельный регистр
- •7.2. Последовательный регистр
- •8. Счетчики
- •8.1. Суммирующие двоичные счетчики
- •9. Сумматоры
- •Библиографический список
- •Методические указания по дисциплине "Аппаратные средства вычислительных комплексов" для студентов специальности 351400 "Прикладная информатика (в экономике)"
Электронно-дырочный переход и его свойства
О
Рис.
2.1. Электрическое поле в области p-n
перехода
Рассмотрим картину образования p-n перехода. При этом для простоты будем считать, что p-n переход образован в результате соприкосновения двух полупроводников p- и n- типов и концентрации электронов в области n-типа и дырок в области р - типа равны.
При комнатной температуре практически все атомы примесей полупроводника ионизированы: в полупроводнике р-типа концентрация отрицательных ионов акцепторов Na равна концентрации свободных дырок рр , а в области n-типа концентрация положительных ионов доноров Nd равна концентрации свободных электронов nn . Кроме того, в каждой области имеется небольшое количество неосновных носителей. При создании p-n перехода (упрощенно – при соприкосновении областей p- и n- типов) равенство между количеством ионов и свободных носителей заряда нарушается. Так как между областями p- и n- типов существует значительная разница в концентрации дырок и электронов, происходит диффузия дырок в область n - типа и электронов – в область р - типа. Как только дырка покинет область р - типа, в этой области вблизи границы раздела образуется не скомпенсированный отрицательный заряд иона акцепторной примеси, а с уходом электрона из области n-типа в ней образуется нескомпенсированный положительный заряд иона донорной примеси. Объемные заряды создают электрическое поле, замедляющее процесс диффузии. Графики распределения потенциала и апряженности поля показаны на рис.2.1.
Нескомпенсированные заряды образуются также и вследствие того, что часть электронов и дырок, попавших в смежную область, рекомбинирует, нарушая тем самым равновесие концентрации между свободными носителями заряда и неподвижными ионами примеси. В результате вблизи границы раздела областей создается двойной объемный слой пространственных зарядов, который называют
p-n переходом. Этот слой обеднен основными (подвижными) носителями заряда в обеих частях, поэтому его удельное сопротивление велико по сравнению с областями p- и n- типов. Часто этот слой называют запирающим..
2.1. Токи в р-n переходе и их характеристики
Перемещение основных носителей заряда через p-n переход в смежные области происходит за счет диффузии против поля p-n перехода. Этот поток носителей является диффузионным током:
Iдиф= Ipp+Inn ,
где Ipp и Inn – токи, образованные соответственно дырками области р и электронами области n. Одновременно с перемещением основных носителей заряда через p-n переход начинается перемещение неосновных носителей (дырок рn области n и электронов np области р) в направлении поля p-n перехода, которое для них является ускоряющим. Поток неосновных носителей является дрейфовым током (током проводимости):
Iдр= Ipn + Inp,
где Ipn и Inp – токи, образованные соответственно дырками n-области и электронами р-области.
В отсутствие внешнего поля устанавливается динамическое равновесие между потоками основных и неосновных носителей заряда и токи - диффузионный и дрейфовый - оказываются равными по абсолютному значению:
Iдиф = Iдр . Но так как диффузионный и дрейфовый токи направлены в противоположные стороны, то результирующий ток через p-n переход будет равен нулю.