14-04-2020-ПОЛУПРОВОДНИКОВЫЕ-ПРИБОРЫ-И-УСТРОЙСТВА-ВЕЛИЧКО (1171919)
Текст из файла
ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮБелгородский государственный технологическийуниверситет им. В. Г. ШуховаД. В. Величко, В. Г. РубановПолупроводниковыеприборы и устройстваУЧЕБНОЕ ПОСОБИЕБЕЛГОРОД 2006ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮБелгородский государственный технологический университетим. В.Г. ШуховаУДК 621.382ББК 32.852В 27Р е ц е н з е н т ы:Доктор технических наук, профессор Курского государственноготехнического университета В. С. Титов.Доктортехническихнаук,профессорБелгородскогогосударственного университета Е.Г.
Жиляков.Д. В. ВЕЛИЧКО, В. Г. РУБАНОВПолупроводниковые приборы и устройстваДопущено Учебно-методическим объединением вузов по образованиюв области автоматизированного машиностроения (УМО АМ) в качествеучебного пособия для студентов высших учебных заведений, обучающихся понаправлению дипломированных специалистов - «Автоматизированныетехнологии и производства»Величко, Д. В.В 27 Полупроводниковые приборы и устройства: Учеб.
пособие /Д. В. Величко, В. Г. Рубанов. –Белгород: Изд-во БГТУим. В.Г.Шухова, 2006. – 184 с.ISBN 5-000-00000-0В пособии рассмотрены устройство, принцип действия, характеристики и параметрыдискретных полупроводниковых приборов широкого применения; описаны типовые узлысовременных электронных устройств. Кроме теоретических сведений даны описанияэкспериментальных лабораторных работ.Учебное пособие предназначено для студентов высших технических учебных заведений,обучающихся по направлениям подготовки: дипломированных специалистовспециальностей «Автоматизированные технологии и производства», «Конструкторскотехнологическое обеспечение машиностроительных производств» и бакалавров имагистров «Технология, оборудование и автоматизация машиностроительныхпроизводств», а также для студентов специальностей 220201 – Управление и информатикав технических системах, 220301 – Автоматизация технологических процессов ипроизводств.Табл.
11. Ил.156. Библиогр: 14 назв.УДК 621.382ББК 32.852©Белгород2006Белгородский государственныйтехнологический университет(БГТУ) им. В.Г.Шухова, 20063ВведениеМир, в котором вы живете насыщен электронными приборами. Иобойтись без них практически невозможно.Бесспорно, что пользоваться прибором можно и, не зная, как онустроен. Да и вообще, наверное, можно прожить без знаний, что 2*2=4,химическая формула воды H2O, а Земля вращается вокруг Солнца.Вопрос состоит в другом: интересна ли такая жизнь?Вам же сейчас предоставляется возможность узнать, почему именнотак, а не иначе ведут себя элементы электронных устройств.Не упустите свой шанс прожить оставшуюся жизнь счастливо!Рис. В.1.
Последовательность изучения классических направленийэлектроникиКаждый технически грамотный человек должен знать электронику.Подавляющее большинство устройств современной электроникиизготавливается из полупроводниковых материалов. Поэтому в рамкахкурса "Физические основы электроники" акцентируется внимание наизучении физических явлений в полупроводниковых приборах(рис. В.1). Овладев кругом основных идей и принципов, лежащих воснове их работы, можно понять, как устроен и как работаетпрактически любой полупроводниковый прибор.Конечно, не зная основных свойств полупроводников, нельзя понять,как работает транзистор. Но одного знакомства только со свойствамиполупроводников недостаточно.
Необходимо разобраться в оченьинтересных и не всегда простых явлениях, происходящих не в объёмеполупроводника, а на его границах.4Раздел 1. Теоретические сведенияГлава 1. Принципы зонной теории твердого телаТвердые тела резко различаются по своим свойствам, поэтомуклассифицировать их можно различными способами. Так, по величинеудельной электропроводности все твердые тела можно разделить на трикласса. Вещества, у которых σ>106 См/м, считаются проводниками, σ<10-8 См/м - диэлектриками, 10-8< σ <106 См/м - полупроводниками.Другой способ классификации основан на температурной зависимостиэлектропроводности.Уметалловсростомтемпературыэлектропроводность уменьшается пропорционально T-I, а уполупроводников и диэлектриков – экспоненциально возрастает ~exp[ΔEα/kT] (где ΔЕα - энергия активации, k - константа Больцмана).Известно также, что наличие примесей уменьшаетэлектропроводность металлов и увеличивает электропроводностьполупроводников.
Все эти факты можно объяснить с помощью зоннойтеории твердого тела.Физика твердого тела показывает, что в твердом теле, так же как и вотдельном атоме, электроны не могут иметь произвольную энергию. Ватоме электрон имеет только строго определенные дискретные значенияэнергии, причем атомы различных элементов отличаются своимисистемами энергетических уровней. В твердом теле из-завзаимодействия атомов уровни расщепляются и из них образуютсяобласти или зоны разрешенных значений энергии, между которыминаходятся запрещенные зоны (рис.
1.1).Рис. 1.1. Расщепление уровней энергии в атоме56В результате образуются зоны разрешенных уровней энергии, междукоторыми находятся запрещенные (рис. 1.2).Рис. 1.3. Ширина энергетических зонРис. 1.2. Энергетическая диаграммаШирина энергетических зон определяется природой атомов,образующих кристалл, и его структурой. Кроме этого, для глубокихэнергетических уровней атомов расщепление в зоны невелико, так какнаходящиеся на них электроны экранируются внешними электроннымиоболочками и практически не взаимодействуют с соседними атомами.Для внешних валентных оболочек расщепление может составлятьнесколько электрон-вольт. Число энергетических уровней, на которыерасщепляется каждый энергетический уровень изолированного атома,равно числу атомов в кристалле.
Величина расщепления тем больше,чем сильнее взаимодействие между атомами, т. е. чем меньшерасстояние между ними (рис. 1.3).Наряду с заполненными уровнями, т. е. уровнями, на которых обычнонаходятся электроны, в атоме имеются и более высокие уровни обычно пустые, которые могут заполняться, когда атом, захватываялишний электрон, превращается в отрицательный ион.В твердом теле незанятые уровни также расщепляются и образуютнезаполненные зоны.Согласно принципу Паули (рис.
1.4) на любом энергетическом уровнене может находиться более двух электронов, поэтому в многозарядныхатомах электроны не могут скопиться на нижнем уровне, а заполняют иверхние. Точно также ограничено и число мест для электронов вразрешенной зоне. Если зона произошла в результате расщепленияодного уровня, то число мест в ней равно произведению числа мест наэтом уровне на количество атомов в кристалле N.78электронов (электрический ток) не возникает.
Следовательно, если ввеществе все зоны целиком заполнены или пустые, то такое веществобудет диэлектриком (изолятором), если же верхняя из занятых зонзаполнена лишь частично, электроны в ней будут вести себя каксвободные и такое вещество будет хорошим проводником - металлом.Ясно, что зоны, лежащие ниже валентной, заполнены целиком, так какэлектроны всегда занимают пустые места с наименьшей энергией. Этизоны не дают вклада в проводимость и в рассматриваемых нижеэффектах их вообще можно не учитывать.Рис. 1.4. Пояснение принципа Паули (электроны с разными спинами)Если соответствующий уровень в атоме был целиком заполнен, то иобразованная из уровня зона также будет целиком заполнена; еслиуровень был заполнен частично, то и в зоне останутся свободные места.Электроны в зоне могут перемещаться от атома к атому.Ширина разрешенных зон не превышает единиц электрон-вольт и приколичестве уровней в зоне 1022 - 1023 различие в энергии междусоседними уровнями составляет 10-22 - 10-23 эВ.В заполненной зоне все возможные состояния энергии, а,следовательно, и скорости заняты.
Это приводит к тому, что электроныполностью заполненных зон не могут участвовать в проводимости.Казалось бы, электроны полностью заполненной зоны, являясьобобществленными и не связанными с конкретными атомамикристалла, должны свободно перемещаться вдоль кристалла поддействием свободного электрического поля. Однако электроны в полеиспытывают ускорение, и их участие в проводимости связано сизменением скорости и энергетических состояний. Если же всесостояния в зоне заполнены, то электрическое поле не можетпереводить электроны в другие состояния и изменять расположениеэлектронов по скоростям.
Тогда увеличение скорости одного электронадолжно компенсироваться соответствующим уменьшением скоростидругого, т. е. суммарная скорость всех электронов в заполненной зоне вэлектрическом поле не изменяется и направленное движениеКазалось бы, зная степень заполнения уровней атомов, образующихкристалл, можно заранее сказать, будет кристалл изолятором илиметаллом. Однако это не всегда так. Дело в том, что зоны, образованныеиз различных уровней, при сближении атомов могут перекрываться, иколичество мест в них может изменяться. Поэтому многие кристаллы,состоящие из атомов с незаполненными валентными оболочками, могутбыть диэлектриками.
Таким образом, все разнообразие зонных структуркристаллов может быть сведено, по существу, к двум видам, которыеразличаются взаимным расположением зоны, заполненной валентнымиэлектронами, и зоны свободных состояний (рис. 1.5).Рис. 1.5. Энергетические диаграммы твердых телВещества, у которых заполненные энергетические состояниянепосредственно смыкаются с зоной свободных состояний, являются910проводниками. Если последняя зона заполненных состояний,называется валентной, и зона свободных состояний, называемая зонойпроводимости, разделены между собой запрещенной зоной, то такоевещество при Т = 0 К будет непроводящим и относится либо кдиэлектрикам, либо к полупроводникам. Если ширина запрещеннойзоны Wз, т. е. расстояние между нижним краем (дном) зоныпроводимости Wс и верхним краем (потолком) валентной зоны Wvпревышает 3 эВ, то такое вещество является типичным диэлектриком.
Характеристики
Тип файла PDF
PDF-формат наиболее широко используется для просмотра любого типа файлов на любом устройстве. В него можно сохранить документ, таблицы, презентацию, текст, чертежи, вычисления, графики и всё остальное, что можно показать на экране любого устройства. Именно его лучше всего использовать для печати.
Например, если Вам нужно распечатать чертёж из автокада, Вы сохраните чертёж на флешку, но будет ли автокад в пункте печати? А если будет, то нужная версия с нужными библиотеками? Именно для этого и нужен формат PDF - в нём точно будет показано верно вне зависимости от того, в какой программе создали PDF-файл и есть ли нужная программа для его просмотра.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
