Теормин, страница 2

Далеко не все они заполнены. Чтобыопределить число носителей заряда (электронов) надо знать вероятность заполнения состоянийэлектронами f (E) . Тогда7. Полупроводники n- и p-типа. Положение уровня Ферми в электрически нейтральномполупроводнике.

Технологии легирования полупроводников.Донорные примеси – атомы 5-валентных элементов Ga, In,B .Акцепторные примеси – атомы 3-валентных элементов P,As .Электроны будут являться основными носителями заряда для донорного полупроводника, илиполупроводника n-типа, а дырки – основными носителями для акцепторного полупроводника,или полупроводника p -типа.Легирование полупроводников представляет собой процесс введения примесей или структурныхдефектов с целью направленного изменения электрических свойств. Методы легирования делятсяна две группы: либо непосредственно в процессах выращивания монокристаллов иэпитаксиальных структур, либо локальное легирование отдельных областей монокристаллов.Высокотемпературная диффузия: легирующая примесь приводится в соприкосновение споверхностью монокристалла кремния. Монокристалл разогревается, и атомы примесипроникают внутрь монокристалла, замещая атомы кремния в решетке.Ионная имплантация (ионное внедрение, ионное легирование): процесс введения примесныхатомов в твердое тело путем бомбардировки его поверхности ускоренными ионами.Радиационно-стимулированная диффузия: новое направление, являющееся комбинациейвысокотемпературной диффузии и ионной имплантации.Лазерный отжиг.

В процессе легирования лазерное излучение используется как длянепосредственного селективного легирования, так и для отжига пластин после проведенияионной имплантации, а также диффузии, эпитаксиального наращивания и т.д.8. Собственная и примесная проводимость полупроводников. Движение свободныхносителей заряда в полупроводниках - диффузия и дрейф. Закон Ома, длина свободногопробега и подвижность.

Уравнение непрерывности.Беспримесный и бездефектный полупроводник с идеальной кристаллической решеткойназывается собственным полупроводником. Его проводимость называется собственнойпроводимостью.Проводимость полупроводника может значительно изменяться за счет введения примесей,приводящих к изменению типа проводимости.В полупроводниках существует два основных механизма переноса носителей заряда:Диффузия свободных носителей при наличии неравномерности их концентрации;Дрейф носителей заряда под действием внешнего электрического поля.Закон Ома: I = U / R, где U - напряжение на концах проводника с сопротивлением R.Связь между плотностью тока и напряженностью поля:- подвижность электроновДлина свободного пробега (точнее — средняя длина свободного пробега, `l), средняя длина пути,проходимого частицей между двумя последовательными соударениями с др. частицами.Общее описание явлений переноса в полупроводниках с учетом диффузии, дрейфа, генерации ирекомбинации свободных носителей заряда может быть произведено с помощью уравнениянепрерывности.С учетом диффузии и дрейфа:- для электронов- для дырокD – электрическая индукцияE - напряжённость электрического поля9.

Электронно-дырочные переходы. Высота потенциального барьера. Вольт-ампернаяхарактеристика и дифференциальное сопротивление p-n-перехода. Барьерная идиффузионная емкости. Полупроводниковые диоды.Электронно-дырочный переход – контакт между полупроводниками p и n типа илиp-n-переход.Потенциальный барьер — область пространства, разделяющая две другие области с различнымиили одинаковыми потенциальными энергиями. Характеризуется «высотой» — минимальнойэнергией классической частицы, необходимой для преодоления барьера.Для неосновных носителей потенциальный барьер – не препятствие.Вольт-амперная характеристика:Дифференциальное сопротивление:Барьерная (или зарядная) емкость обусловлена нескомпенсированным зарядом ионизированныхатомов примеси, сосредоточенными по обе стороны от границы перехода.Cбар = dQ/dUДиффузионная емкость обусловлена изменением величины объемного заряда, вызванногоизменением прямого напряжения и инжекцией неосновных носителей в рассматриваемый слой.Полупроводниковый диод — полупроводниковый прибор с одним электрическим переходом идвумя выводами (электродами).

В отличие от других типов диодов, принцип действияполупроводникового диода основывается на явлении p-n-перехода.10. Типы полупроводниковых диодов и их быстродействие. Омические контакты,контакт металл - полупроводник. Диоды Шоттки.Быстродействие:Силовые (выпрямительные) диоды – предназначены для преобразования переменногонапряжения источников питания промышленной частоты в постоянное.Стабилитроны (опорные диоды) – полупроводниковые диоды, на обратной ветви вольтампернойхарактеристике которых имеется участок слабой зависимости напряжения от протекающего тока.Диоды ВЧ и СВЧ.

Для того, чтобы диоды могли работать в области высоких и сверхвысоких частот,необходимо обеспечить минимальные емкость и индуктивность. Уменьшить диффузионнуюемкость можно за счет уменьшения времени жизни τ , для чего используется легированиематериалами, образующими большое число ловушек, например, золотом.Туннельные диоды – характеризуются наличием на их ВАХ участка с отрицательнымсопротивлением.Фотодиоды – фотоэлектрические приборы с одним p-n-переходом.Омический контакт — контакт между металлом и полупроводником или двумяполупроводниками, характеризующийся линейной симметричной вольт-ампернойхарактеристикой (ВАХ).Контакт «металл – полупроводник» возникает в месте соприкосновения полупроводниковогокристалла n или р-типа проводимости с металлами.Диод Шоттки — полупроводниковый диод с малым падением напряжения при прямомвключении.

Диоды Шоттки используют переход металл-полупроводник в качестве барьераШоттки (вместо p-n перехода, как у обычных диодов).11. Взаимодействие двух близкорасположенных электронно-дырочных переходов.Биполярные транзисторы.Транзистор – электронный прибор на основе полупроводникового кристалла, имеющий триэлектрода и предназначенный для усиления, генерирования и преобразования электрическихколебаний.

По физическому принципу работы транзисторы можно разделить на два основныхкласса: биполярные и униполярные.В биполярных транзисторах физические процессы обусловлены переносом носителейзаряда обоих знаков. В основе работы биполярных транзисторов лежат процессыинжекции и диффузии неосновных носителей, дрейфа основных и неосновных носителейзаряда.Биполярный транзистор:Трехслойная полупроводниковая структура, состоящая из двух слоев полупроводника содинаковым типом проводимости, разделенных тонким слоем полупроводника с другим типомпроводимости, называется биполярным транзистором.12. Схемы включения биполярных транзисторов. Усиление тока и напряжения.Ключевой режим работы и быстродействие.Режимы работы:Активный режим - один p-n-переход включен в прямом, а другой – в обратном направлении.Режим насыщения – оба перехода включены в прямом направлении.Режим отсечки - оба перехода подключены в обратном направлении.Различают три возможные схемы включения: с общей базой, общим эмиттером,общим коллектором.

На рисунке они показаны для активного режима работы.Коэффициент усиления по току: K=Iвых/IвхКоэффициент усиления по напряжению:K=Uвых/UвхСхема с общей Б не дает усиления по току и имеет малое входное сопротивление.Схема с ОЭ обеспечивает возможность усиления и по току, и по напряжению, то есть, она можетиспользоваться для усиления мощности. К тому же, эта схема характеризуется достаточновысоким входным сопротивлением.Схема с общим К характеризуется отсутствием усиления по напряжению и оченьбольшим входным сопротивлением.Транзисторный ключ – устройство на транзисторе, обеспечивающее переключение тока в нагрузкепри подаче на базу транзистора напряжения определенной полярности и уровня. Транзисторныйключ позволяет преобразовать входной сигнал в последовательность импульсов с достаточнокрутыми фронтами.

Транзистор в ключевой схеме попеременно находится в режиме отсечки и врежиме насыщения.Транзистор находится либо в закрытом состоянии (отсечка), либо в открытом (насыщение).Качество работы электронного ключа определяется скоростью работы, то есть временем переходаиз одного состояния в другое.13. Планарная технология. Многоэмитерные транзисторы. Полевые транзисторы. МОПструктуры с изолированным затвором и их быстродействие.Транзисторы, изготовленные по планарной технологии:Обычно кремниевая подложка;Защитная диэлектрическая пленка SiO2;n-p-n – вследствие большей подвижности электронов;Si – допускает большую температуру, до 150 ®С, меньше обратные токи.Многоэмиттерные транзисторы: позволяют повысить степень миниатюризации. Если хотя бы кодному эмиттеру приложить низкий потенциал, транзистор откроется.Полевой транзистор — полупроводниковый прибор, в котором ток изменяется в результатедействия перпендикулярного току электрического поля, создаваемого входным сигналом.Протекание в полевом транзисторе рабочего тока обусловлено носителями заряда только одногознака (электронами или дырками), поэтому такие приборы часто включают в более широкий классуниполярных электронных приборов (в отличие от биполярных).Металл-оксид-полупроводник МОП (МДП) структуры с изолированным затвором: принцип егоработы примерно такой же.

Отличие: благодаря диэлектрику входное сопротивление оченьбольшое.Быстродействие в большинстве случаев уступает ключам на биполярных транзисторах.Однако, они дают большой выигрыш по току из-за большого входного сопротивления.14. Аналоговая и цифровая обработка информации. Физическое представлениеинформации в ЭВМ. Двоичный код. Реализация элементарных логических функций.Для некоторых задач связи и управления необходимо преобразование аналоговой информации вдискретную и наоборот. Для этого используются аналого-цифровые и цифро-аналоговыепреобразователи сигналов.Аналоговый сигнал: определен в любой момент времени, искажается при передаче.Цифровой сигнал: неизменен на определенном интервале, передается без искажения.Инвертор: перевод из одной логики в другую: 0->1, 1->0.Двоичный код — это способ представления данных в одном разряде в виде комбинации двухзнаков, обычно обозначаемых цифрами 0 и 1.