Электроника и микропроцессорная техника. Лекция №1.
План Лекции:
1.Определение предмета электроника.
2.Физические основы собственной и примисной электропроводности полупроводников.
3.Получение и свойства pn –перехода.
4.Вольт амперная характеристика pn перехода (ВАХ перехода)..
Ход Лекции:
1.Определение предмета электроника:
Электроника –является отраслью науки и техники, которая изучает принципы работы различных полупроводников и вакуумных приборов (Это физическая электроника).
Во-вторых, изучает параметры и характеристики полупроводниковых приборов.
В- третьих, изучает характер и работу устройств, которые построены на полупроводниковых приборах.
2-ой и 3-ий пункты относятся к технической электронике.
Техническая электроника:
1.Промышленная электроника.
2.Радиоэлектроника.
3.Ядерная электроника.
4.Биоэлектроника.
5.Наноэлектроника.
2.Физические основы собственной и примисной электропроводности полупроводников:
Рассмотрим поведение проводников, полупроводников и диэлектриков с помощью зонных диаграмм.
Известно, что электроны в атоме находятся на разрешенных дискретных энергетических уровнях. В обычном состоянии (t= const) электроны стремятся расположиться как можно ближе к атому и образуют, так называемую, валентную зону. Кроме валентной зоны имеется свободная зона, в которой так же располагаются разрешенные энергетические уровни, лишённые, в обычном состоянии, электронов. Между валентной и свободной зонами располагается, так называемая, запретная зона. Представим зонные диаграммы для металлов, полупроводников и диэлектриков.
Зонные диаграммы:
М
еталл:
Запретной зоны нет! Поэтому при приложении напряжения
Внешнего источника , электроны легко переходят в Св.З. и
движутся, образуя ток.
Св.З
В.З.
Полупроводники:
Элементы 4-ой группы таблицы Менделеева, имеющие кристаллическую структуру.
Св.З
З.З. (0,5 -3)эВ
В.З.
G
e
, Si
( 3.3 – 8.1)эВ
Ge Ge
4группа
Ge Ge
При повышении температуры электроны получают энергию достаточную для перехода в свободную зону. В том месте, откуда ушёл электрон, фиксируется его отсутствие равное положительному заряду и называется дырка.
Электронная дырка пары заряда носителей –называется генерацией заряда носителей и характеризует собственную электропроводность полупроводников.
Недостатки такой электропроводности:
1.Собственная электропроводность характеризуется малым количеством зарядоносителей.
IC (электропр)= 10-3 – 10-8 А
2. Чистый полупроводник не обладает вентильным эффектом.
(Проводимость одинакова, ток одинаков в обе стороны.)
Поэтому чистые полупроводники редко применяются в электронике.
Ge
+ -
Диэлектрики:
Св.З
З.З. ≥ 3эВ
В.З.
Никакой энергии недостаточно, чтобы из валентной зоны переместить электрон в свободную зону.
Не проводят ток!
В полупроводниках электрон применяется исключительно примисные полупроводники, которые получаются введением в монокристалл Ge примесей из соседних групп таблицы Менделеева: из 5-ой группы Sb- сурьма, или примесь из 3-ей группы Jn- индий.
Зонные диаграммы примесных полупроводников:
Примесь 5-ой группы Sb- донорная :
Полупроводники n- типа:
Negatives(отрицание)
Св.З
+ - + -
Зона
Sb
+ - + -
В.З.
А на примесном уровне свободный электрон:
( при температуре=700. ионизированные)
е
Ge Sb
Ge Ge
Примесь 3-ей группы Jn- акцепторная :
Полупроводники р- типа:
Positives (положительный)
Св.З
- + - +
З.З. - + - +
В.З.
Ge Ge е
Ge Jn