L_1 (Конспекты лекций)

PDF-файл L_1 (Конспекты лекций) Микроэлектроника и схемотехника (МиС) (17474): Лекции - 4 семестрL_1 (Конспекты лекций) - PDF (17474) - СтудИзба2018-01-09СтудИзба

Описание файла

Файл "L_1" внутри архива находится в папке "Конспекты лекций". PDF-файл из архива "Конспекты лекций", который расположен в категории "". Всё это находится в предмете "микроэлектроника и схемотехника (мис)" из 4 семестр, которые можно найти в файловом архиве МГТУ им. Н.Э.Баумана. Не смотря на прямую связь этого архива с МГТУ им. Н.Э.Баумана, его также можно найти и в других разделах. Архив можно найти в разделе "лекции и семинары", в предмете "микроэлектроника и схемотехника (мис)" в общих файлах.

Просмотр PDF-файла онлайн

Текст из PDF

1Лекция № 1.Полупроводниковые диоды на основе неоднородных структурПлан1. Введение.2. Электронно-дырочный p-n-переход и полупроводниковые диоды наоснове p-n-перехода.3. Структура контакта «Металл-полупроводник» (МП) и полупроводниковые диоды на основе названной структуры.4. Математическая модель полупроводникового диода5. Диоды разного функционального назначения.6. Элементы интегральных схем.7. Теоретическое обобщение.1. ВведениеПолупроводниками называют обширную группу материалов, которые посвоему удельному электрическому сопротивлению занимают промежуточноеположение между проводниками и диэлектриками.

Обычно к полупроводникам относят материалы с удельным сопротивлением ρ = 103 − 109 Ом⋅см, кпроводникам (металлам) ─ материалы с ρ < 104 Ом⋅см, а к диэлектрикам ─материалы с ρ >1010 Ом⋅см.Электропроводность чистого полупроводника называется собственнойэлектропроводностью. Характер электропроводности существенно меняетсяпри добавлении примеси. В полупроводниковых приборах используютсятолько примесные полупроводники. Количество примеси строго дозируется─ примерно один атом примеси на 107 − 108 атомов основного материала.Однородные полупроводники и однородные полупроводниковые слоинепосредственно используются только в виде разного рода резисторов.

Основные элементы интегральных схем (ИС) и основная масса дискретныхэлементов представляют собой неоднородные структуры.2В данном разделе основное внимание будет уделено двум вариантам неоднородных структур, которые положены в основу изготовления элементовсовременной микроэлектроники:а) электронно-дырочный p-n-переход ─ контакт двух полупроводниковс разным типом проводимости;б) структура контакта «Металл-полупроводник» (МП) ─ одна из областей является металлом, а другая − полупроводником.2. Электронно-дырочный p-n-переход и полупроводниковыедиоды на основе этого переходаПростейший полупроводниковый диод ─ это один электроннодырочный p-n-переход, поэтому, анализируя все состояния, характерные дляэлектронно-дырочного p-n-перехода, будем иметь в виду, что эта теориясправедлива и для простейшего диода (например, выпрямительного)Электронно-дырочный p-n-переход ─ это граничный слой, обеднённыйносителями и расположенный между двумя областями полупроводника сразличными типами проводимости (рис.1.1.а) Такая структура хорошо проводит ток в одном направлении и плохо в другом; именно это и позволилоиспользовать её в качестве полупроводникового выпрямительного диода,графическое изображение которого показано на рис.1.1.б.В зависимости от соотношения концентраций примесей в p- и nобластях переходы могут быть симметричными, несимметричными и односторонними (симметричные переходы нетипичны для полупроводниковой техники: концентрация примесей в областях одинакова)Если концентрация основных носителей на 1-2 порядка и более отличается от концентрации неосновных, то переход получается резко асимметричным (под основными носителями принято понимать более высокую степеньконцентрации носителей) Такой переход принято называть односторонним, ана структуре обозначать символами n+-p или p+-n (индекс «+» указывает наболее высокую концентрацию примеси)3Границы переходов могут быть плавными и резкими (ступенчатыми)Поскольку при плавных переходах, оказалось, практически трудно обеспечить качественные вентильные (выпрямляющие) контакты, то более технологичными, более удобными для анализа, практически с идеальной границейпризнаны ступенчатые переходы.Для электронно-дырочного p-n-перехода характерны три состояния:а) равновесное;б) прямосмещённое (проводящее);в) обратносмещённое (непроводящее)2.1.

Равновесное состояние p-n-перехода рассматривается при отсутствии напряжения на внешних зажимах (рис.1.1а)Fp-nnpdб)а)Рис.1.1При этом на границе двух областей действует потенциальный барьер,препятствующий равномерному распределению носителей по всему объемуполупроводника. Потенциальный барьер возник за счёт контактной разности потенциалов, которая, в свою очередь, обязана слою некомпенсированных атомов на границе раздела двух областей разной проводимости.

Преодолеть этот барьер в состоянии лишь те основные носители, у которых достаточно энергии и они образуют через переход диффузионный ток (I диф )Кроме того, в каждой области имеют место неосновные носители, для которых поле p-n-перехода будет ускоряющим, эти носители образуют через переход дрейфовый ток (I др ), который чаще называют тепловым или током4насыщения (I 0 ) Суммарный ток через равновесный p-n-переход будет равеннулю:Ip−n= I диф + I 0Роль анода в диоде выполняет область эмиттера, сильно легированнаяакцепторной примесью (p-область), роль катода ─ область базы (n-область),слабо легированная носителями донорной примеси.Прямосмещённое (проводящее) состояние p-n-перехода рассматривается при подключении внешнего источника рис.1.2а)Iпр_F p-npI пр__ +_ ++dЕ пр_Fпр+а)_+nмА Iпр700СUпр200Сrp-nI прIпрUпрв)б)Рис.1.2Свободное движение носителей через электронно-дырочный переходвозможно при снижении потенциального барьера p-n-перехода.

Переход носителей из одной области в другую под действием внешнего напряжения называется инжекцией. Область, из которой инжектируются носители, называется эмиттером. Область, в которую инжектируются носители, называетсябазой. Область эмиттера легируется примесными атомами значительно сильнее, чем база. За счет разной концентрации примесных атомов в несимметричных переходах имеет место односторонняя инжекция: поток носителей изобласти с низкой концентрацией примесных атомов (из базы) очень слабый иим можно пренебречь.Соответственно и работу диода будем рассматривать при двух состояниях p-n-перехода ─ прямосмещённом и обратносмещённом, но применительно к диоду будем использовать термины «проводящее» и «непроводящее» (или ─ «открыт» и «закрыт»)5Чтобы вызвать инжекцию носителей из эмиттера в базу, поле p-nперехода ослабляют полем внешнего источника (рис.1.2.а)При прямой полярности внешнего источника равновесное состояниеp-n-перехода нарушается, так как поле этого источника, накладываясь на поле p-n-перехода, ослабляет его, запрещенная зона перехода уменьшается, потенциальный барьер снижается, сопротивление p-n-перехода резко уменьшается (рис.1.2в), диод переходит в состояние «открыт», диффузионная составляющая тока при этом возрастает в “еu/ϕt ” раз и является функцией при-ложенного напряженияI диф = I о eгдеϕ =tu ϕt,kT− температурный потенциал (при комнатной температуреe= 0,025В); при температуре выше 27 С: ϕ =0tТ ( оК )11600ϕt.k − постоянная Больцмана;T − температура;е − заряд электрона.Желательно запомнить типичное значение сопротивления p-nперехода при прямом токе I пр = 1 мА равно r p-n = 25 Ом.Составляющая тока I 0 в идеализированном p-n-переходе при воздействии прямого внешнего напряжения остается практически без изменения.Следовательно, прямой результирующий ток через идеальный p-n-переходбудет иметь видI = I диф − I o = I о ( e u ϕ t − 1)(1.1)Уравнение (1.1) идеального p-n-перехода определяет основные вольтамперные характеристики полупроводниковых приборов.При построении ВАХ диода по уравнению (1.1) видно, что при напряжениях, больших нуля, характеристика идет настолько круто (рис.1.2б), чтополучить нужный ток, задавая напряжение, невозможно.

Поэтому, для иде-6ального диода характерен режим заданного прямого тока, а не прямого напряженияU пр = ϕ t ln( I I o + 1).(1.2)Прямое внешнее напряжение, приложенное к диоду, складывается изпадения напряжения на ОПЗ (область пространственного заряда) и падениянапряжения на сопротивлении в слаболегированной области базы (I пр r б ) Сучётом сопротивления, распределённого в слое базы, уравнение (1.2) для реального диода приобретает вид (1.3)Uпр= ϕ t ln( I I + 1) + I пр r б.o(1.3)Сопротивление, распределённое в слое базы ─ r б , зависит от удельногосопротивления базы и определяется геометрией растекания тока рекомбинации (сопротивление базы r б при малой площади перехода может составлять десятки Ом)В уравнении (1.2) не учтено сопротивления встроенных контактов, которые выполнены на основе контакта «Металл-полупроводник», и которыене обладают выпрямительными свойствами.

Сопротивление этих контактовнезначительное. Кроме того, в уравнении не учтено сопротивление областиэмиттера, но степень легирования этой области носителями очень высокая,поэтому её сопротивление мало. По названным причинам мы не будем учитывать эти сопротивления при анализе процессов в диодеПри анализе процессов в прямосмещённом p-n-переходе было принято:напряжение, при котором p-n-переход приходит в прямосмещённое состояние обозначать через U* ─ это тот уровень напряжения, при котором p-nпереход приходит в прямосмещённое состояние.С достаточной точностью для практики при комнатной температуреможно считать:для кремниевых диодов─ U* Si = 0,7 В;для германиевых диодов─ U* Ge = 0,5 В;для диодов из арсенида Галлия ─ U* Ge = 1,2 В.Вообще величина прямого напряжения на диоде зависит от многих факторов.

Свежие статьи
Популярно сейчас
Как Вы думаете, сколько людей до Вас делали точно такое же задание? 99% студентов выполняют точно такие же задания, как и их предшественники год назад. Найдите нужный учебный материал на СтудИзбе!
Ответы на популярные вопросы
Да! Наши авторы собирают и выкладывают те работы, которые сдаются в Вашем учебном заведении ежегодно и уже проверены преподавателями.
Да! У нас любой человек может выложить любую учебную работу и зарабатывать на её продажах! Но каждый учебный материал публикуется только после тщательной проверки администрацией.
Вернём деньги! А если быть более точными, то автору даётся немного времени на исправление, а если не исправит или выйдет время, то вернём деньги в полном объёме!
Да! На равне с готовыми студенческими работами у нас продаются услуги. Цены на услуги видны сразу, то есть Вам нужно только указать параметры и сразу можно оплачивать.
Отзывы студентов
Ставлю 10/10
Все нравится, очень удобный сайт, помогает в учебе. Кроме этого, можно заработать самому, выставляя готовые учебные материалы на продажу здесь. Рейтинги и отзывы на преподавателей очень помогают сориентироваться в начале нового семестра. Спасибо за такую функцию. Ставлю максимальную оценку.
Лучшая платформа для успешной сдачи сессии
Познакомился со СтудИзбой благодаря своему другу, очень нравится интерфейс, количество доступных файлов, цена, в общем, все прекрасно. Даже сам продаю какие-то свои работы.
Студизба ван лав ❤
Очень офигенный сайт для студентов. Много полезных учебных материалов. Пользуюсь студизбой с октября 2021 года. Серьёзных нареканий нет. Хотелось бы, что бы ввели подписочную модель и сделали материалы дешевле 300 рублей в рамках подписки бесплатными.
Отличный сайт
Лично меня всё устраивает - и покупка, и продажа; и цены, и возможность предпросмотра куска файла, и обилие бесплатных файлов (в подборках по авторам, читай, ВУЗам и факультетам). Есть определённые баги, но всё решаемо, да и администраторы реагируют в течение суток.
Маленький отзыв о большом помощнике!
Студизба спасает в те моменты, когда сроки горят, а работ накопилось достаточно. Довольно удобный сайт с простой навигацией и огромным количеством материалов.
Студ. Изба как крупнейший сборник работ для студентов
Тут дофига бывает всего полезного. Печально, что бывают предметы по которым даже одного бесплатного решения нет, но это скорее вопрос к студентам. В остальном всё здорово.
Спасательный островок
Если уже не успеваешь разобраться или застрял на каком-то задание поможет тебе быстро и недорого решить твою проблему.
Всё и так отлично
Всё очень удобно. Особенно круто, что есть система бонусов и можно выводить остатки денег. Очень много качественных бесплатных файлов.
Отзыв о системе "Студизба"
Отличная платформа для распространения работ, востребованных студентами. Хорошо налаженная и качественная работа сайта, огромная база заданий и аудитория.
Отличный помощник
Отличный сайт с кучей полезных файлов, позволяющий найти много методичек / учебников / отзывов о вузах и преподователях.
Отлично помогает студентам в любой момент для решения трудных и незамедлительных задач
Хотелось бы больше конкретной информации о преподавателях. А так в принципе хороший сайт, всегда им пользуюсь и ни разу не было желания прекратить. Хороший сайт для помощи студентам, удобный и приятный интерфейс. Из недостатков можно выделить только отсутствия небольшого количества файлов.
Спасибо за шикарный сайт
Великолепный сайт на котором студент за не большие деньги может найти помощь с дз, проектами курсовыми, лабораторными, а также узнать отзывы на преподавателей и бесплатно скачать пособия.
Популярные преподаватели
Нашёл ошибку?
Или хочешь предложить что-то улучшить на этой странице? Напиши об этом и получи бонус!
Бонус рассчитывается индивидуально в каждом случае и может быть в виде баллов или бесплатной услуги от студизбы.
Предложить исправление
Добавляйте материалы
и зарабатывайте!
Продажи идут автоматически
5076
Авторов
на СтудИзбе
455
Средний доход
с одного платного файла
Обучение Подробнее