- •Носители заряда в полупроводниках. Зонная модель полупроводников. Процессы генерации и рекомбинации подвижных носителей зарядов.
- •Проводимость полупроводников, ее зависимость от материала, температуры и концентрации примесей.
- •Уровень Ферми собственного и примесного полупроводников. Зависимость энергии Ферми от температуры и концентрации примесей
- •Электронно-дырочный переход в равновесном состоянии
- •Вольтамперная характеристика p-n перехода и ее зависимость от температуры, степени легирования.
- •Различные типы диодов. Особенности характеристик и параметров.
- •Полевые транзисторы с управляющим p-n переходом. Структура, назначение основных областей. Принцип действия. Статические стоковые и стокзатворные характеристики.
- •Полевые транзисторы с изолированным затвором и индуцированным каналом. Режим обогащения, обеднения и инверсии приповерхностного слоя. Стоковые и стокзатворные характеристики.
- •Полевые транзисторы с изолированным затвором и встроенным каналом. Особенности технологии, статические характеристики.
- •§2.9 Полевые транзисторы мдп-структуры
- •Структура биполярного транзистора (бт) и назначение основных областей. Принцип усиления мощности. Режимы работы: активный, насыщения, отсечки, инверсный
- •Принцип действия транзистора
- •§2.3 Транзистор, как усилитель напряжения и мощности
- •§2.6 Статические характеристики биполярного транзистора
- •§2.5 Схемы включения и режимы работы транзисторов
- •Транзистор как линейный четырехполюсник. Системы параметров транзисторов.
- •Работа транзистора в схеме усилителя. Выходная динамическая характеристика. Выбор рабочего режима.
- •2.7. Температурные и частотные свойства
- •2.8. Биполярные транзисторы в рабочем режиме
- •2.5. Усилительный каскад на биполярном транзисторе с оэ
- •Эквивалентные схемы усилителя в режиме малого сигнала. Коэффициент усиления по напряжению и сквозной коэффициент усиления. Входное и выходное сопротивление
- •23.Схема каскада с оэ по переменному току. Эквивалентная схема каскада.
- •Проведя анализ схемы, найдем, что
- •§4.5 Стабилизация режима работы каскадов на биполярных транзисторах
- •28.Обратная связь в усилительных каскадах. Обратная связь по току последовательного типа
- •29.Схема с ос по току последовательного типа.
Электронно-дырочный переход в равновесном состоянии
Электронно-дырочный (p-n) переход – эл. переход м/у 2-мя областями ПП-ка, одна из кот-ых имеет ē-ную проводимость, а др. – дырочную.
Различают переходы:
Гомогенный – переход между ПП-ками с одинаковой шириной запрещённой зоны.
Гетерогенный – это переход между ПП-ками с разной шириной запрещённой зоны.
Симметричный pn-переход - концентрация осн. носителей в обеих областях ПП-ка одинакова, иначе - несимметричный.
В несимметричных p-n переходах область ПП-ка, имеющая большую концентрацию осн. Носителей - эмиттер, а с меньшей – база.
Равновесие соответствует нулевому внешнему U-нию на переходе.
Поскольку концентрация ē-ов в n-области >> чем в p-области часть ē-ов диффундирует из n-области в p-область. При этом в p-области окажутся избыточные ē-ны, большая часть из которых находится вблизи металлургической границы. ē-ны будут рекомбинировать с дырками будет концентрация дырок и обнажатся нескомпенсированные “” заряды акцепторных ионов. С др. стороны, от металлургической границы (n-области) из-за ухода ē-нов обнажатся нескомпенсированные “+”-ые заряды донорных ионов.
Аналогично для дырок: они диффундируют из p-области в n-область. Вблизи металлургической границы по обе стороны её образуется слой с концентрацией подвижных носителей – обеднённый слой. Существующие в нём объёмные заряды ионов примесей и связанное с ними эл. поле препятствует диффузии носителей и обеспечивают состояние равновесия
Ipn-перехода = 0, т.е. напряжённость внутр. эл. поля до тех пор, пока вызванное им дрейфовое движение носителей не уравновесит встречное диффузионное движение, обусловленное градиентами концентрации ē-ов и дырок (jдиф = jдрейф). Эл. поле обусловливает внутреннюю /контактную/ разность потенциалов между n- и p-областями, т.е. потенц. барьер.
Токи в pn переходе:
Диффузионный ток обусловлен переходом основных носителей через pn переход за счет градиента концентрации. Переход основных носителей происходит в тормозящем эл. поле.
Дрейфовый ток обусловлен переходом неосновных носителей под действием ускор. эл. поля под действием напряженности.
Контактная разность потенциалов – макс. значение потенциала, определ. высоту потенциального барьера для равновесного состояния.
D/µ=KT/e= т
1.Зависит от типа n-проводника
2. Зависит от концентрации
Чем больше концентрация тем больше к
3.От температуры
С увеличением температуры к уменьшается
Основные носители создают диффузионный ток. А неосновные носители составляют дрейфовую часть тока.
Характеризуются:
Напряженность внутр. эл. поля;
Контартная разность потенциалов;
Высота потенциального барьера;
Толщина обедненного слоя.
Iдифф – градиент конц-ций (выравнивание).
Iдрейфовый – эл.поле. (Na/Nd = ln/lp))
Вольтамперная характеристика p-n перехода и ее зависимость от температуры, степени легирования.
Для идеального перехода все подводимое напряжение приложено и падает непосредственно на переходе.
Ширина pn перехода пренебрежимо мала (явление рекомбинации и регенерации pn перехода отсутствует.
Характеристики pn перехода рассматривается при обратных напряжениях, значительно меньших пробивных напряжений.
Границы pn перехода плоские и границы заряда двигаются перпендикулярно этим границам.
Под ВАХ будем понимать зависимость тока через p-n-переход от приложенного к нему напряжения.
- уравнение Шокли, где - температурный потенциал
/Н.У./, где
|
-коэффициент Больцмана |
-абсолютная температура = 300К |
|
-заряд электрона |
При изменении прямого напряжения на 60мВ ток меняется на порядок.
Тепловой ток – это ток, вызванный термогенерацией в областях полупроводника, прилегающих к границам p-n-перехода на две-три длины диффузии.
Выразим из уравнения Шокли: , т.е. можно оценить дифференциальное сопротивление p-n-перехода: . При прямом смещении . Если через p-n-переход протекает =1мА, то =26 Ом. При ,
В реальных p-n-переходах наблюдается явление пробоя, под которым понимают резкое увеличение обратного тока.
Различают три вида пробоя:
Тепловой
Л авинный
Туннельный
[1] Тепловой пробой обусловлен нагреванием p-n-перехода при протекании по нему обратного тока. Тепловой пробой необратим.
[2] Лавинный пробой возникает в p-n-переходах при невысокой степени легирования, когда на длине свободного пробега носители успевают приобрести энергию достаточную для ионизации нейтрального атома. Лавинный пробой обратим, если не перешёл в тепловой.
[3] Туннельный пробой наблюдается в p-n-переходах, образованных вырожденными полупроводниками /сильно легированный проводник/. С ростом температуры уменьшается напряжения пробоя.
ёмкость p-n-перехода
Изменение напряжения на p-n-переходе приводит к перераспределению заряда на нём, а значит p-n-переход имеет ёмкость. Ёмкость p-n-перехода принято делить на две составляющие:
Барьерная ёмкость
Диффузионная ёмкость
[1] Барьерная ёмкость - ёмкость конденсатора, обкладками которого являются p и n области, а диэлектриком – обеднённый слой.
; ;
Б арьерная ёмкость является преобладающей при обратных и небольших положительных напряжениях. Барьерная ёмкость имеет высокую добротность, поскольку дифференциальное сопротивление велико. На практике барьерная ёмкость бывает от долей пкФ до сотен пкФ.
Варикап – переменная ёмкость, на основе p-n-перехода.
Барьерная ёмкость не зависит от частоты, вплоть до 1012 Гц. Барьерная ёмкость слабо увеличивается с ростом температуры из-за снижения высоты потенциального барьера.
[2] Диффузионная ёмкость обусловлена неравновесными /неосновными/ носителями в базе.
|
- протекающий через p-n-переход ток |
- время жизни неосновных носителей в базе |
|
- температурный потенциал |
Формула справедлива на низких частотах. На более высоких частотах диффузионная ёмкость стремится к 0. Ёмкость может достигать значений в несколько мкФ. Однако влияние диффузионной ёмкости на быстродействие p-n-перехода не увеличивается во столько же раз.