шпора_электроника 2.0 (Шпоры по Созинову)
Описание файла
Файл "шпора_электроника 2.0" внутри архива находится в папке "Шпоры по Созинову". Документ из архива "Шпоры по Созинову", который расположен в категории "". Всё это находится в предмете "электроника" из , 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 "к экзамену/зачёту", в предмете "электроника и микропроцессорная техника" в общих файлах.
Онлайн просмотр документа "шпора_электроника 2.0"
Текст из документа "шпора_электроника 2.0"
У проводников запрещенная зона отсутствует и валентная зона непосредственно примыкает к зоне проводимости.
Валентная зона – энергетич. зона хар-щая электроны, находящиеся на внешних слоях атома.
Зона проводимости – энергет. зона хар-ная для свободных электронов.
У диэлектриков ширина запрещенной зоны более 3 эВ(электрон вольт).
У ПП(полупроводников) ширина запр. зоны меньше 3 эВ. Строение кристалической решотки германия(или кремния)
При потере общей электронной пары одного электрона на его месте образуется вакансия (дырка), считается, что дырка положительно заряжена.
ni – концентрация электронов = рi – концентрация дырок = Ae -(Wз/(kT))
А – постоянная хар-щая материал ПП
Wз – ширина запрещенной зоны
k – постоянная больцмана
Т – температура в кельвинах
Проводимость ПП сильно зависит от температуры окруж. среды.
У кремния Wз = 1,12 эВ, у германия – 0,72эВ.
Предельная рабочая температура: кремн.=150 С, герм.=85 С.
На практике широко используются ПП с “n” или “p” типом проводимости.
ПП “n”-типа
Это ПП с преобладанием электронной проводимости. Для этого добавляют: мышьяк, фосфор (5 электронов на валентной орбите – донорная примесь).
Для ПП “n”-типа основными носителями являются электроны, не основными «дырки». При приложении внешнего воздействия 5-й волентный электрон отходит от орбиты и образуется положительный ион. В следствие ионизации атома мышьяка в объеме ПП организуется объемный положительный заряд.
Энергетич. диограмма ПП “n”-типа
Для ПП “n”-типа сохраняется пропорция Nn>>Pn : концентрация электр. в ПП “n”-типа гораздо больше чем в ПП “р”-типа.
Примесные проводники “р”
ПП “р”-типа образуются путем добавления акцепторных примесей (индий, алюминий).
Эл-н покидая общую к-валентную пару в сосодней с индием связи, занимает свободный энергетич. уровень во внешней оболочке атома индия, при этом к-вал. связь не образуется. Атом индия, приобретая лишний эл. преврашается в отрицательный ион. На месте выхода эл. из общей к-вал. пары в соседней с индием связи образуется «дырочка», таким образом формеруется дырочная проводимость в ПП.
Основным носителем в ПП “р”-типа являются дырки, а не основным – эл.
Рр>>Np
В объеме ПП “р”-типа в следствии образования отрицательных ионов образуется объемный отрицательный заряд.
Энергетич. диаграмма ПП “р”-типа
В ПП “п” и “р”-типа основные носители образуются в результате внедрения примеси, а неосновные – в результате термогенерации зарядов.
Примесь вносится до достижения концентрации отвечающей соотношению: Рр/Np=2..3
Nn/Pn=2..3
При этом удельная проводимость ПП возростает в 10-100.000 раз.
Характерной особенностью ПП рассматриваемых типов является соотношение:
Nn*Pn= Рр*Np=А2e -(Wз/(kT))
При привышении “t” нарушается условия Рр>>Np и Nn>>Pn в следствии увеличения числа носителей заряда под действием термогенерации. То есть основную роль начинают играть собственные носители заряда. В следствие термогенерации носителей заряда примесной ПП вырождается в собственный.
Время жизни носителей зарядов.
Временной интервал между моментом образования свободного эл. И его рекомбинацией с вакансией называется – «время жизни».
Допустим в примесном ПП под внешним воздействием создана концентрация носителей заряда: в ПП “n”-типа – N0=Nn+n(0); P0=Pn+p(0);
n(0) – организованные носители заряда созданные внешним воздействием.
(Nn/n(0))>>(Pn/p(0)) ; n(0) p(0);
Внешние воздействие приводит к относительному увеличению не основных носителей зарядов, при неизменной концентрации основных.
Процесс уменьшения концентрации не основных носителей заряда подчиняется экспоненциальному закону:
p(t)= p(0)*e-t/τ(p)
τp – время жизни
При значительной концентрац. Неосновных носителей зарядов постоянная времени – τ- соответствует времени в течении которого концентрация зарядов уменьшится в “e” раз. Обычно значение τ составляет 10-5 – 10-7 с. для уменьшения постоянной времени в ПП добавляют специальные примеси (золото, никель), создающих энергетич. зоны в запрещенной зоне, это так называемые «ловушки», обеспечивающие более быструю рекомбинацию в следствии большей вероятности встречи эл. И дырки.
Дрейфовое и дифузионное движение носит. зарядов.
В отсутсвие электр. поля в кристале и одинаковой концентрации носителей заряда в объеме ПП эл-ны и дырки находятся в хаотическом движении, распределенном по всем направлениям. В следствии этого электро ток в кристале = 0. Электр. поле и неравномерность распределения носителей концентрированного заряда является факторами создающими упорядоченное движение носителей зарядов, т.е. обуславливающими электр. ток в кристале.
Направленное движение носит-й зарядов под действием внешнего электр. поля называют дрейфовым, а под воздействием разницы концентрации носит. зарядов – дифузией.
В зависимости от характера движения носителей заряда различают соответственно дрейфовые и дифузионные составляющие тока в ПП, а в зависимости от типа носителя заряда – эл. и дырочные составляющие тока.
I=Ідиф+Ідрейф
Ідиф=Ідиф n + Ідиф p = (qDn*(dn/dx)) – (qDp*(dp/dx));
Iдрейф=Iдрейф n + Iдрейф p = qnμnE+qpμpE
q – заряд єл.
n,p – концентрация дырок и эл.
μn, μp – подвижность носителей зарядов
Dn, Dр – коэф. Дифузии
Е – напряженность поля
dn/dx, dр/dx – градиент поля
Dn = μn φ т
φ т = кТ/q – тепловой потенциал
ПП-вые диоды. ВАХ ПП-го диода.
Диодами назыв. Двухэлектродные элементы электро цепи, обладающие односторонней проводимостью тока.
ПП-вый диод состоит из ПП-вой структуры сочитающей в себе 2 слоя, один из которых обладает дырочной, а другой электронной проводимостью.
Принцип действия ПП-го диода основывается на специфике протекания процесса на границе раздела “n” и “р” обл. так наз. эл.-дырочный переход (р-n – переход).
Электрич. Процессы в р-n – переходе в отсутствии внешнего напряжения.
Наличие объемного заряда является главной особенностью р-n – перехода. Объемный заряд возникает при создании р-n – перехода. Благодаря тому, что концентрация акцепторной примеси гораздо больше концентрации донорной, равенство объемных зарядов слева и спрова от р-n – перехода достигается большей концентрацией зарядов в “n” – обл.
Равенство 0 тока через р-n – переход, в отсутствии внешнего напряжения соответствует уменьшению его дифузионной составляющей до величины дрейфовой составляющей. Равенство дрейфовой и дифуз. составл. (Ідиф =Ідрейф) достигается путем установления потенциального барьера в р-n – переходе (контактная разность потенциалов). Высота потенциального барьера зависит от t0, поскольку от t0 зависит тепловой потенциал (φ т)
Электро процессы в р-n – переходе при наличие внешнего напряжения.
Прямая ветвь ВАХ ПП диода.
Уменьшение потенциального барьера в основном за счет уменьшения объемного заряда в “n” – обл., облегчает переход основных носителей заряда под действием дифузии через границу раздела соседних областей, что приводит к увеличению дифуз. составл. Тока через р-n – переход. Указанное явление носит название инжекции носителей заряда через р-n – переход. В месте с тем дрейфовый ток через р-n – переход, создаваемый токами неосновных носителей заряда остается неизменным.
Iпр=Iа=Iдиф-Iдрейф
Дифуз. составляющая тока возростает за счет снижения потенциального барьера. Большая величина потенц. барьера является одной из причин большого падения напряжения в кремневых диодах, по сравнению с германиевыми. В несиметрич. р-n – переходе (Nа>>Nд ) так через р-n – переход определяется в основном дифузией дырок из “р” – обл. . “р”- слой осушествляющий эмиссию дырок через “р” слой назив. эмитером. Поскольку основой для получения р-n – структуры являются в основном ПП “n”-типа то “n”- слой назыв. базой.
Создаваемый в базовом слое положительный заряд компенсируется за счет рекомбинации дырок из “р”-обл. с электронами идущими от отрицательного полюса источника питания. Этот процесс непрерывен, т.е. создается электрический ток.
Ток в р-n – переходе определяется дифузией основных носителей, а ток в объеме базы или эмитера определяется дрейфом основных носителей.
Процесс в р-n – переходе при приложении обратного напряж.
Обратная ветвь ВАХ
При подключении обратного напряжения потенциальный барьер возростает, при этом увеличивается объемный заряд и его ширина. Возросший потенц. барьер затрудняет дифузию основных носителей через р-n – переход, следовательно дифузион. ток уменьшается. Дрейфовый ток обусловленый концентрацией не основных носителей зарядов можно считать неизменным однако он будет привышать дифузион. ток. Ток через р-n – переход будет равен:
Iобр=Iв=Iдрейф-Iдиф
При небольших обратных напряжениях (участок 0-1 обратной ветви ВАХ) увеличение обратного тока наблюдается за счет уменьшения дифуз. составляющей. После точки 1 обратной ветви ВАХ высота потенциального барьера такова, что инжекция основных носителей не происходит, в связи с этим дифуз. ток=0. обратный ток диода связан с концентрацией не основных носителей и площадью р-n – перехода. Поскольку у маломощных приборов площадь р-n – перехода незначительная, а у мощных – значительная, следовательно и обратный ток у мощных диодов – больше. Поскольку концентр. не основных носителей является функцией температуры то обратный ток назыв. тепловым. Кроме того концентр. не основных носит. связана с шириной запрещенной зоны. Поскольку ширина запрещ. зоны у кремния больше чем у германия - то и обратный ток кремния меньше обратного тока германия. Кроме того кремн. структуры применимы при более высоких обратных напряжениях, чем германиевого.
Полная ВАХ диода.