Пасынков.Полупроводниковые приборы (В.В. Пасынков, Л.К. Чиркин - Полупроводниковые приборы)

ББК 32.852 П 19 УДК 621, 382 Оглавление ПРЕДИСЛОВИЕ 2403006000 — 196 П 197-37 001(01)-37 ББК 32.652 6Ф0.032 Р е и е н з е н т — кафедра «Полупроводниковые приборы> Московского института радиотехники, элентроннкн н автоматики (зав. кафедрой дош Н. В. Коротковау Пасынков В. В., Чнркнн Л. К. П 19 Полупроводннковые приборы: Учеб. для вузов по спец. «Полупроводника н днзлектрнкн» н «Полупроводниковые н мнкроэлектронные приборы» — 4-е нзд., перераб.

н доп. — М.: Высш. шк., !987.— 479 с. нл. В книге рассмотрены физические пронессы в полупроводниковых приборах и »лемеитах интегральных микросхем, ик основные свойства, характеристики н параметры, конструктивно технологические особенности полупроноаннковых приборов з интегральном исполнении н обшие приинипы мнкроэлектроиини. в 4.м издании (3-е — !эбг гэ переработан материал, относящийся к диодам, тиристорвм и другим приборам 3 Издательство «Высшая школа», 193! Излательстно «Высшая шкала», 1987, с изменениями Инженер электронной техники по специальностям 0604 «Полупроводники н диэлектрики» н 0629 «Полупроводннковые н микроэлектронные приборы» должен быть спецналнстом по проектнрованню, конструнрованню, технологии н применению приборов н устройств, основанных на различных фнзнческнх процессах в твердом теле.

Без званая принципа действия н свойств конкретного полупроводникового прибора невозможно правильно выполнить расчет, разработать технологию изготовления н органнзовать производство, исследовать свойства н измерить параметры этого прибора, а также рационально использовать этот прибор в той нлн иной схеме, в той нлн иной установке прн различных условиях эксплуатации. Соответственно без прочного усвоения физики полупроводннковых приборов н элементов интегральных микросхем невозможно понять н усвоить даже основные положения практически всех специальных дисциплин, которые студенты будут изучать в соответствии с учебными планами после днсцнплнн «Полупроводниковые приборы н микроэлектроника», «Электронные приборы н микроэлектроника», «Фнзнка полупроводннковых приборов», <Злектронные н полупроводниковые приборы» н др.

Книга может быть использована не только в качестве учебника для отмеченных специальностей, но н в качестве учебного пособня для студентов других специальностей электронной техники. Поэтому в гл. 1 книги изложены основные сведения по физике полупроводников в минимальном объеме, необходимом для понимания прннцнпа действия н свойств различных полупроводниковых приборов н элементов интегральных микросхем. Перед изучением полупроводниковых приборов следует ознакомнться с обозначениями физических величин, принятыми в книге.

Принцип действия большннства полупроводниковых прнборов основан на нспользованнн разнообразных свойств выпрямляющнх электрических переходов. Поэтому для глубокого понимания свойств н характеристик различных полупроводниковых приборов необходимо усвоить материал гл, 2, посвященной контактным явлениям, н гл. 3, где рассмотрены полупроводниковые диоды, структура которых проще структур большинства других приборов. Прн рассмотрении конкретных видов полупроводннко- вых приборов следует обращать внимание иа связь их свойств и особенностей с ранее изученными общими закономерностями. Кинга составлена иа основе опыта чтения лекций авторами и их коллегами на кафедре диэлектриков и полупроводников Ленинградского ордена Ленина и ордена Октябрьской Революции электротехнического института им. В.

И. Ульянова (Ленина). Большую помощь авторам оказали замечания рецензентов первых трех изданий учебника — лауреата Ленинской премии проф. Я. А. Федотова, проф. К. В. Шалимовой, чл.-кор. АН БССР В. А. Лабуиова и их сотрудников. В составление учебника внесли вклад и преподаватели многих вузов СССР, которые, повышая свою квалификацию при кафедре диэлектриков и полупроводников ЛЭТИ, принимали участие в обсуждении различных вопросов физики полупроводниковых приборов и методики их изложения. Глубокую благодарность выражаем преподавателям кафедры полупроводниковых приборов Московского института радиотехники, электроники и автоматики, возглавляемой доц.

Н. В. Коротковой, за ценные замечания, высказанные при рецензировании рукописи четвертого издания учебника. Авторы ВВЕДЕНИЕ В Основных направлениях экономического и социального развития СССР на 1986 — 1990 годы и на период до 2000 года поставлена задача обеспечить поступательный рост экономики, настойчиво повышать эффективность производства на основе его всесторонней интенсификации и обеспечить дальнейшее ускорение научнотехнического прогресса. Научно-технический прогресс немыслим без электроники, Интенсивное развитие электроники связано с появлением новых разнообразных полупроводниковых приборов и интегральных микросхем, которые находят широкое применение в вычислительной технике, автоматике, радиотехнике и телевидении, в установках измерительной техники, медицине, биологии н т.

д. Полупроводниковые приборы в виде точечных диодов, или, как их раньше называли, кристаллических детекторов, применяли еще в первых электронных установках. Выпрямительные свойства контактов между металламн и некоторыми сернистыми соединениями были обнаружены в !874 г, В 1895 г. А. С. Поповым при изобретении радио был применен порошковый когерер, в котором использовались нелинейные свойства зернистых систем.

В 1922 г. О. В. Лосев использовал отрицательное дифференциальное сопротивление, возникающее при определенных условиях на точечных контактах металла с полупроводником, для генерации и усиления высокочастотных электромагнитных колебаний. Кроме того, им было обнаружено свечение кристаллов карбида кремния при прохождении тока через точечный контакт. Однако в этот период успшнно развивается техника электро- вакуумных приборов и из-за недостаточного знания строения полупроводников и происходящих в иих электрофизнческих процессов полупроводниковые приборы не получилн тогда существенного развития и применения.

В годы Великой Отечественной войны были разработаны точечные высокочастотные н сверхвысокочастотиые гермаииевые и кремниевые диоды. В 1942 г. в СССР был начат выпуск полупроводниковых термоэлектрических генераторов для непосредственного преобразования тепловой энергии в электрическую.

Термогенераторы использовались для питания переносных радиостанций партизанских отрядов. Создание и производство этих и 5 многих других приборов стало возможным благодаря фундаментальным теоретическим и экспериментальным исследованиям свойств полупроводников, проведенным группой ученых под руководством академика А. Ф. Иоффе. С 1948 г., т. е. со времени создания американскими учеными Дж. Бардином, В.

Браттейном и В. Шокли точечного транзистора, начался новый этап развития полупроводниковой электроники. В 50-х годах были разработаны различные типы биполярных транзисторов, тиристоров, мощных германиевых и кремниевых выпрямительных диодов, фотодиодов, фототранзисторов, кремниевых фотоэлементов, туннельных диодов и др. Принцип работы полевых транзисторов с изолированным затвором был предложен еще в 30-х годах нашего столетия, ио до окончательной разработки этих транзисторов потребовались многолетние исследования электрофнзических процессов на границе полупроводника с диэлектриком и технологии необходимых структур.

В 60-х годах нашего столетия начинается производство интегральных микросхем. При этом удалось существенно уменьшить стоимость и повысить надежность устройств полупроводниковой электроники, значительно уменьшить их массу и габаритные размеры формированием всех пассивных и активных элементов интегральных микросхем в едином технологическом процессе, а также в результате конструктивной интеграции. Современный этап развития полупроводниковой электроники характеризуется в нашей стране большим объемом научно-исследовательских и технологических работ, направленных на дальнейшее совершенствование имеющихся и создание новых полупроводниковых приборов и интегральных микросхем. ГЛОВО Основные сведения по физике полупроводников $1.!.

ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЕ ЗОНЫ ЙОЛУЙРОВОДНИКОВ цолупроволивк -- иеитество, осиовиым своаством которого ивлиетси сильвии зависимость улельиоа проводимости от возаействии виегииик факторов (температуры. злектрииеского полн, света и дрд. Каждый электрон, входящий в состав атома, обладает определенной полной энергией нли занимает определенный энергетический уровень. В твердом теле благодаря взаимодействию атомов энергетические уровни расщепляются и образуют энергетические зоны, состоящие из отдельных близко расположенных по энергии уровней, число которых соответствует числу однородных атомов в данном кристаллическом теле (рис.