Дьюб Динеш С. Электроника - схемы и анализ (2008) (1095413), страница 12
Текст из файла (страница 12)
26 У германиевого диода с резким переходом Р7о» 1Ул и Мл = 10вв см Иапряжение перехода равно 200 мВ. Вычислить ширину обедненной зоны и емкость перехода, если площадь перехода равна 10 е смз. Диэлектрическая проницаемость германия равна 16, и ео = 8,85 х 10 54 Ф/см. Ответ: И' = 3,5 х 10 в см, Св = 7,5 пФ. В задаче 2.5 вычислите емкость перехода в ситуации, когда ого площадь Равна 1,25 х 10-4 см'. Ответ: Сэ 66 пФ. 2.8. У - германиевого диода концентрация донорной примеси 1Ур = 10" см и акцепторной Р74 = 10вв см з. Когда напряженность электрического поля достигает 200000 В см ~, у диода возникает лавинный пробой. Вычислить напряжение пробоя. диэлектрическая проницаемость полупровод"ика е1= е„ ев) равна 10 " Ф см '.
Ответ: И - 137 В. 3 — цас ( 66 Глава 2. р-п-переход 2.9. Вычислить напряжение лавинного пробоя у кремниевого диода с резким переходом, у которого Мл» Мп, и Мп = 2 х 10ы см з. Пробой возникает при критическом поле с напряженностью 2 х 10в В см '. Диэлектрическая проницаемость кремния е(= е„ев) равна 10 ш Ф . см Ответ: Кц„вв„= 625 В. 2.10. Требуется изготовить германиевый стабилитрон с напряжением пробоя 100 В. Лавинный пробой возникает при напряженности электрического поля 107 В/м. Если концентрация акцепторной примеси Фл равна 10ээ м з, какал должна быть концентрация донорной примеси Жп? Диэлектрическая константа германия равна 16, абсолютная диэлектрическая проницаемость 8,85х10 1зФ м '.
Ответ: 57о 46 х 10'в м ~. 2.11. В схеме (рис. 2.23) резистор Л = 4 кОм, нагрузочный резистор Пь = = 3,6 кОм и напряжение стабилизации стабилитрона 9 В. Насколько изменяется ток стабилитрона при изменении напряжения источника от 25 до 50 В? Ответ: (8,75 — 1,5) = 7,25 мА, Рис. 2.28. 2.12. Вычислить максимальное сопротивление резистора Н, необходимое для поддержания напряжения в 10 В на нагрузке Вь в схеме рис.
2.23 Напряжение источника — 30 В, напряжение стабилизации стабилитрона — 10 В. Ответ: 4 кОм. 2.13. Образец кремниялегирован Мо = 60.101в см з игл = 20 101в см з. Если при 300 К плотность тока дрейфа равна 60 А см е, найдите напряженность электрического поля (р„= 1300 смз(В с) ', пр —— 500 смз(В с) '). [Подсказка: п-полупроводник может быть конвертирован в р-тип (или наоборот) посредством компенсации первоначального легирования обратным типом примеси — это называется компенсацией.
Этот метод применяетсв при изготовлении полупроводниковых приборов. Большее значение приме. си дает суммарную концентрацию примеси и тип полупроводника. Ответ: Е 7,2 В см ГЛАВА 3 БИПОЛЯРНЫЙ ТРАНЗИСТОР Биполярный транзистор, на первый взгляд, выглядит, как некоторое дополнение р-п-диода. Но зто не совсем точно. Хотя транзистор и содержит два р-и-перехода, но его функционирование, и следовательно, применение в схемах совершенно отличается от диода. Транзистор — это полупроводниковый прибор с тремя выводами, способный усиливать, переключать и управлять сигналами. Транзистор называется биполярным, потому что в его токах присутствуют как электронные, так и дырочные составляющие.
Полевой транзистор работает на иных принципах, чем биполярный. Полевые транзисторы — униполярные приборы, потому что имеют только электронный или только дырочный ток. В цифровых интегральных схемах полевые транзисторы более распространены, чем биполярные. Изобретение транзистора — это революция в электронике. Ее влияние на жизнь людей и общества никто не мог предположить, включая изобретателей транзистора — Шоокл, Бардина и Браттейна в 1948 г1. Темы, рассмотренные в этой главе: структура и работа транзистора; токи в условиях отсутствия смещения, при прямом и обратном смещениях; характеристики транзистора и коэффициент усиления по току; вольт-амперные характеристики; механизмы пробоя переходов в транзисторах; способы производства транзисторов. 3.1.
Сущность биполярного транзистора Транзистор получается при добавлении узкой р-области между двумя и областями, как это показано на рис. 3.1, а. Это и-р-и-транзистор. КонРетнзя форма здесь дана только для простоты. Рис. 3.1, б — двумерное Иа лек лек'ши в дели, организованной в 1руб-х годах Институтом Инженеров Электроникии Те "и Телекоммуникашсй,проф. Бардин заметил,что они его коллеги, рассматривая возможно оплести первого транзистора, полагали,что новый прибор — транзистор — сможет оп е определенно заменить радиолампу только в некоторых схемах (ввиду плохого качества тва полупроводниковых материалов в то время и больших шумов в приборе).
~~~68 Глава Я. Биполярный тра зистор б) еккор Эм а) ектор Зми База Рнс. 3.1. Схематическое иэображение р-и-р-транзнстора (а); двухмерный внд этого транзистора (б) Рис. 3.2. р-п-р-транэнстор ктор Мы будем рассматривать и-р-и-траизистор. р-и-р-транзистор аналогичен и-р-и-траизистору.
Все сказанное о и-р-и-травзисторах распространяется и иа р-п-р-траизисторы, если инвертировать направления токов и полнриости внешних источников иапряжения. В дальиейпем будут рассмот. репы различия между и-р-и- и р-и-р-траизисторами. Дискретные транзисторы общего применения делают из кремния и германия. а) б) Рис. З.З. Условное графическое обозначение и-р-п- н р.п-р-транзнсторов в схе. мах. Стрелка эмнттера показывает направление тока. Направление тока принято считать от плюса к минусу, т.
е. противоположное нзпрзвлещов движения электронов н совпадающее с направлением двнження дырок Степени легированил и относительные разлкерьь трех областеб транзистора Эмиттер — наиболее легированный из трех областей. База легировавз слабо, а коллектор легироваи в средпей степени.
Уровень примесей кол лектора вьппе, чем базы, по намного меньше, чем в эмиттериой области изображение этого прибора. Аналогично, если между двумя р-областями будет п-область, получим р-и-р-траизистор (рис. 3.2). Транзистор имеет три области — эмиттер, базу и коллектор; у каждой есть омические кон- такты для присоединения внешних выводов.
3.2. Транзистор без приложения внешних полей (несмещенный транзистор) На рис. 3.4 показаны основные носители заряда в трех областях и-р-и-транзистора. Если по всему полупроводнику обеспечена структурная непрерывность, диффузия зарядов между базой и эмиттером, а так же между базой и коллектором возникает как наиболее естественный физический процесс.
При пересечении так называемых металлургических границ электроны и дырки рекомбиниРуют. Как было рассмотрено в гл. 2, нейтральность заряда в областях переходов нарушаетсн. Р л Эмиттер База Коллектор Рис. 3.4. Условные графические сбоз- наченин: и-р-и-транзистор (а); р-и-р-транзистор (б) р и Запирающие слои Переход база-змиттер Переход база-коллектор а) б) Рис.
3.5. Рекомб „нов зар дов б гр цб рьер дзот две обедненные области (о). В транзисторе образовались два р-и-перехода (б) ак ~идно из рис. 3.5, а, образуются две зоны обеднения без подвижных за ых ~арядов, а только с неподвижными (фиксированными) зарядами ионизи ов рованных атомов донорных и акцепторных примесей. В результа- из трех областей наибольший размер у коллектора, по сравнению с базой и эмиттером.
База — узкая (тонкая) область, а размер эмиттера меньше чем коллектора, но больше чем размер базы. По мере изложения теории транзистора станут ясными различия в уровнях областей легирования и размерах областей эмиттера, базы и коллектора. У дискретных транзисторов обычно размеры менее 1 мм по ширине и менее 3 мм в длину. У транзисторов, сформированных в кристалле как часть интегральной схемы, размеры намного меньше. ~~( 70 Глава я. Баиоллрньщ транзистор те образуются два р-и-перехода.
Один из них — переход база — эмиттер (обычно называемый эмиттерным переходом), другой — переход база— коллектор (обычно называемый коллекторным переходом). Ширина двух обедненных областей разная из-за различия в степенях легирования областей эмиттера и коллектора. Вспомним, что чем выше степень легирования, тем уже зона обеднения. Поэтому около змиттерного перехода область обеднения — узкая, а около коллекторного — область обеднения относительно широкая. У каждой обедненной области есть контактная разность потенциалов и соответствующий потенциал барьера. Высота потенциального барьера у кремниевых транзисторов около 0,5 В для обоих переходов и 0,2 В у германиевых транзисторов.
На рис. 3.6 изображена диаграмма потенциальной энергии несмещенного и-р-гк-транзистора. Основные электроны эмиттерной области, так же как и электроны коллекторной области не имеют достаточной энергии, чтобы перейти барьер, и, следовательно, им запрещен вход в базовую область. Точно так же дыркам из области базы запрещен переход в области эмиттера и коллектора из-за недостатка энергии, поскольку потенциальная энергия дырок увеличивается в обратном направлении по сравнению с электронами (на рис. 3.6 видно, что спуск для электронов есть подъем для дырок). Таким образом, у несмещенного транзистора отсутствуют суммарные токи.
Энергия электрона л Эмипер р л База Коллектор и з а Ф Еа Энергия дырки Рис. 3.6. Диаграмма потенциальной энергии несмещенного транзистора Рис. З.Т. Упрощенная диаграмма потенциальной энергии и-р-и-тран- зистора; Ъв и Ьв — потенциальные барьеры двух переходов Диаграмму потенциальной энергии на рис. 3.6 можно перерисовать в упрощенном виде (рис. 3.7). Буквами,уе и,Ус соответственно обозначают эмиттерный и коллекторный переходы. Из-за различной концентрация примесей в эмиттерной и коллекторной областях величины потенциальных барьеров двух переходов могут незначительно отличаться. я.я.
С г ~ р 7!)) 3.3. Смещенный транзистор у р-и-диода только один переход, так что у него только два возможных смещения — прямое или обратное. У биполярного транзистора два перехода, поэтому больше вариантов смещения. Наиболее распространенные следующие схемы: 1) оба перехода смещены в прямом направлении; 2) оба перехода смещены в обратном направлении; 3) эмиттерный переход смещен прямо, коллекторный переход смещен обратно. Рассмотрим процессы в транзисторе при этих вариантах смещения.
Транэистпор с двумя пря аосмеи4енными переходами На рис. 3.8 представлена схему, в которой как эмиттерный, так и коллекторный переходы и-р-и-транзистора смещены прямо. Как было показано в гл. 2, при полярности приложенного напряжения, смещающей переход в прямом направлении, барьер потенциальной энергии перехода снижается. При понижении барьера эмиттерного перехода больший поток электронов из сильнолегированного эмиттера диффундирует в базу и малое число из слаболегированной базы проходит в эмиттер. Следовательно, в эмиттерной цепи большой эмиттерный ток 1В представляет собой, главным образом, поток электронов. Аналогично, переход база-коллектор смещен прямо, большой ток 1с (состоящий в основном из электронов, поступающих в базу из коллектора, и незначительной компоненты тока дырок, входящих из базы в коллектор) течет в коллекторной цепи.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
