- •В. А. Гуртов Твердотельная электроника
- •Глава 1. Необходимые сведения из физики твердого тела и физики полупроводников 7
- •Глава 1. Необходимые сведения из физики твердого тела и физики полупроводников
- •1.1. Зонная структура полупроводников
- •1.2. Терминология и основные понятия
- •1.3. Статистика электронов и дырок в полупроводниках
- •1.3.1. Распределение квантовых состояний в зонах
- •1.3.2. Концентрация носителей заряда и положение уровня Ферми
- •1.4. Концентрация электронов и дырок в собственном полупроводнике
- •1.5. Концентрация электронов и дырок в примесном полупроводнике
- •1.6. Определение положения уровня Ферми
- •1.7. Проводимость полупроводников
- •1.8. Токи в полупроводниках
- •1.9. Неравновесные носители
- •1.10. Уравнение непрерывности
- •Глава 2. Барьеры Шоттки,p-nпереходы и гетеропереходы
- •2.1. Ток термоэлектронной эмиссии
- •2.2. Термодинамическая работа выхода в полупроводникахp‑иn‑типов
- •2.3. Эффект поля, зонная диаграмма при эффекте поля
- •2.4. Концентрация электронов и дырок в области пространственного заряда
- •2.5. Дебаевская длина экранирования
- •2.6. Контакт металл – полупроводник. Барьер Шоттки
- •2.7. Зонная диаграмма барьера Шоттки при внешнем напряжении
- •2.8. Распределение электрического поля и потенциала в барьере Шоттки
- •2.9. Вольт‑амперная характеристика барьера Шоттки
- •2.10. Образование и зонная диаграммар-nперехода
- •2.10.1. Распределение свободных носителей вp‑nпереходе
- •2.10.3. Поле и потенциал вp‑nпереходе
- •2.11. Компоненты тока и квазиуровни Ферми вр‑nпереходе
- •2.12. Вольт‑амперная характеристикар‑nперехода
- •2.14. Гетеропереходы
- •Глава 3. Физика поверхности и мдп-структуры
- •3.1. Область пространственного заряда (опз) в равновесных условиях
- •3.1.1. Зонная диаграмма приповерхностной области полупроводника в равновесных условиях
- •3.2. Заряд в области пространственного заряда
- •3.2.1. Уравнение Пуассона для опз
- •3.2.2. Выражение для заряда в опз
- •3.2.3. Избыток свободных носителей заряда
- •3.2.4. Среднее расстояние локализации свободных носителей от поверхности полупроводника
- •3.2.5. Форма потенциального барьера на поверхности полупроводника
- •2. Обеднение и слабая инверсия в примесном полупроводнике
- •3. Область обогащения и очень сильной инверсии в примесном полупроводнике
- •3.3. Емкость области пространственного заряда
- •3.4. Влияние вырождения на характеристики опз полупроводника
- •3.5. Поверхностные состояния
- •3.5.1. Основные определения
- •3.5.2. Природа поверхностных состояний
- •3.5.3. Статистика заполнения пс
- •3.6. Вольт‑фарадные характеристики структур мдп
- •3.6.1. Устройство мдп‑структур и их энергетическая диаграмма
- •3.6.2. Уравнение электронейтральности
- •3.6.3. Емкость мдп‑структур
- •3.6.4. Экспериментальные методы измерения вольт‑фарадных характеристик
- •КвазистатическийC‑Vметод
- •Метод высокочастотныхC‑Vхарактеристик
- •3.6.5. Определение параметров мдп‑структур на основе анализаC‑V характеристик
- •3.6.6. Определение плотности поверхностных состояний на границе раздела полупроводник – диэлектрик
- •3.7. Флуктуации поверхностного потенциала в мдп‑структурах
- •3.7.1. Виды флуктуаций поверхностного потенциала
- •3.7.2. Конденсаторная модель Гоетцбергера для флуктуаций поверхностного потенциала
- •3.7.3. Среднеквадратичная флуктуация потенциала, обусловленная системой случайных точечных зарядов
- •3.7.4. Потенциал, создаваемый зарядом, находящимся на границе двух сред с экранировкой
- •3.7.5. Потенциальный рельеф в мдп‑структуре при дискретности элементарного заряда
- •3.7.6. Функция распределения потенциала при статистических флуктуациях
- •3.7.7. Зависимость величины среднеквадратичной флуктуации от параметров мдп-структуры
- •3.7.8. Пространственный масштаб статистических флуктуаций
- •3.7.9. Сравнительный анализ зависимости среднеквадратичной флуктуацииσψи потенциала оптимальной флуктуации
- •Глава 4. Полупроводниковые диоды Введение
- •4.1. Характеристики идеального диода на основеp‑nперехода
- •4.1.1. Выпрямление в диоде
- •4.1.2. Характеристическое сопротивление
- •4.1.4. Эквивалентная схема диода
- •4.2. Варикапы
- •4.3. Влияние генерации, рекомбинации и объемного сопротивления базы на характеристики реальных диодов
- •4.3.1. Влияние генерации неравновесных носителей в опЗp-nперехода на обратный ток диода
- •4.3.2. Влияние рекомбинации неравновесных носителей в опЗp‑n перехода на прямой ток диода
- •4.3.3. Влияние объемного сопротивления базы диода на прямые характеристики
- •4.3.4. Влияние температуры на характеристики диодов
- •4.4. Стабилитроны
- •4.5. Туннельный и обращенный диоды
- •4.6. Переходные процессы в полупроводниковых диодах
- •Глава 5. Биполярные транзисторы
- •5.1. Общие сведения. История вопроса
- •5.2. Основные физические процессы в биполярных транзисторах
- •5.2.1. Биполярный транзистор в схеме с общей базой. Зонная диаграмма и токи
- •5.3. Формулы Молла – Эберса
- •5.4. Вольт‑амперные характеристики биполярного транзистора в активном режиме
- •5.5. Дифференциальные параметры биполярных транзисторов в схеме с общей базой
- •5.6. Коэффициент инжекции
- •5.7. Коэффициент переноса. Фундаментальное уравнение теории транзисторов
- •5.8. Дифференциальное сопротивление эмиттерного перехода
- •5.9. Дифференциальное сопротивление коллекторного перехода
- •5.10. Коэффициент обратной связи
- •5.11. Объемное сопротивление базы
- •5.12. Тепловой ток коллектора
- •5.13. Биполярный транзистор в схеме с общим эмиттером
- •5.14. Эквивалентная схема биполярного транзистора
- •5.15. Составные транзисторы. Схема Дарлингтона
- •5.16. Дрейфовые транзисторы
- •5.17. Параметры транзистора как четырехполюсника.
- •5.18. Частотные и импульсные свойства транзисторов
- •Глава 6. Полевые транзисторы
- •6.1. Характеристики моп пт в области плавного канала
- •6.2. Характеристики моп пт в области отсечки
- •6.3. Эффект смещения подложки
- •6.4. Малосигнальные параметры
- •6.5. Эквивалентная схема и быстродействие мдп‑транзистора
- •6.6. Методы определения параметров моп пт из характеристик
- •6.7. Подпороговые характеристики мдп‑транзистора
- •6.8. Учет диффузионного тока в канале
- •6.9. Неравновесное уравнение Пуассона
- •6.10. Уравнение электронейтральности в неравновесных условиях
- •6.11. Вольт-амперная характеристика мдп‑транзистора в области сильной и слабой инверсии
- •6.12. Мдп‑транзистор как элемент памяти
- •6.13. Мноп‑транзистор
- •6.14. Моп пт с плавающим затвором
- •6.15. Приборы с зарядовой связью
- •6.16. Полевой транзистор с затвором в видер‑nперехода
- •6.17. Микроминиатюризация мдп‑приборов
- •6.18. Физические явления, ограничивающие микроминиатюризацию
- •6.19. Размерные эффекты в мдп‑транзисторах
- •Глава 7. Тиристоры
- •7.1. Общие сведения
- •7.2. Вольт‑амперная характеристика тиристора
- •7.3. Феноменологическое описание вах динистора
- •7.4. Зонная диаграмма и токи диодного тиристора в открытом состоянии
- •7.5. Зависимость коэффициента передачиαот тока эмиттера
- •7.6. Зависимость коэффициентаМот напряженияVg. Умножение в коллекторном переходе
- •7.7. Тринистор
- •7.8. Феноменологическое описание вах тринистора
- •Глава 8. Диоды Ганна
- •8.1. Общие сведения
- •8.2. Требования к зонной структуре полупроводников
- •8.3. Статическая вах арсенида галлия
- •8.4. Зарядовые неустойчивости в приборах с отрицательным дифференциальным сопротивлением
- •8.5. Генерация свч‑колебаний в диодах Ганна
- •Глава 9. Классификация и обозначения полупроводниковых приборов
- •9.1. Условные обозначения и классификация отечественных полупроводниковых приборов
- •9.2. Условные обозначения и классификация зарубежных полупроводниковых приборов
- •9.3. Графические обозначения и стандарты
- •9.4. Условные обозначения электрических параметров и сравнительные справочные данные полупроводниковых приборов
- •Основные обозначения
- •Обозначения приборных параметров
- •Приложение
- •1. Физические параметры важнейших полупроводников
- •2. Работа выхода из металлов (эВ)
- •3. Свойства диэлектриков
- •Список рекомендованной литературы
- •185640, Петрозаводск, пр. Ленина, 33
Основные обозначения
А– постоянная Ричардсона
С– электрическая емкость
CB– барьерная емкостьp-nперехода
CD– диффузионная емкостьp-nперехода
CFB– емкость плоских зон
Cp– емкость свободных дырок
Csc– емкость области пространственного заряда
Dn (p)– коэффициент диффузии электронов (дырок)
dox– толщина подзатворного диэлектрика МДП-структуры
EC– энергия дна зоны проводимости
ED (A)– энергия донорных (акцепторных) уровней
Eg– ширина запрещенной зоны полупроводника
Ei– энергия середины запрещенной зоны
Es– величина электрического поля на поверхности
Et– энергия поверхностных состояний, отсчитанная от середины запрещенной зоны
EV– энергия потолка валентной зоны
F– энергия уровня Ферми
Fn (p)– квазиуровень Ферми для электронов (дырок)
Fs– величина энергии Ферми на поверхности полупроводника
fc (v)– неравновесная функция распределения для электронов в зоне проводимости (в валентной зоне)
Gn (p)– темп генерации свободных электронов (дырок) в полупроводнике
G– темп генерации неравновесных электронов и дырок в полупроводнике
H– оператор Гамильтона
h– постоянная Планка
ћ– постоянная Планка, деленная на 2π
I– сила тока
Iсм– величина тока смещения
J– плотность электрического тока
Jp(n)– дырочная (электронная) компонента тока
Js– плотность тока насыщения диода
Jген– генерационный ток
Jрек– рекомбинационный ток
jnE– дрейфовая компонента электронного тока
jnD– диффузионная компонента электронного тока
jpE– дрейфовая компонента дырочного тока
jpD– диффузионная компонента дырочного тока
jп/п (Me)– плотность тока термоэлектронной эмиссии с поверхности полупроводника (металла)
LD– длина экранирования Дебая
Lp– диффузионная длина
m0– масса изолированного электрона
mn (p)*– эффективная масса электрона (дырки)
NC (V)– эффективная плотность состояний в зоне проводимости (в валентной зоне)
ND (A)– концентрация легирующей донорной (акцепторной) примеси
NM– плотность зарядов на металлической плоскости единичной площади
Nss– плотность моноэнергетических состояний
Nt– концентрация рекомбинационных центров; плотность поверхностных состояний
nn– неравновесная концентрация электронов как основных носителей в полупроводникеn-типа
nn0– равновесная концентрация электронов как основных носителей в полупроводникеn-типа
np– неравновесная концентрация электронов как неосновных носителей в полупроводникеp-типа
np0– равновесная концентрация электронов как неосновных носителей в полупроводникеp-типа
n– избыточная концентрация электронов
ni– собственная концентрация носителей заряда
ns– поверхностная концентрация электронов
pn– неравновесная концентрация дырок
pn0– равновесная концентрация дырок
ps– поверхностная концентрация дырок
Q– электрический заряд на единицу площади
QB– заряд ионизованных доноров и акцепторов в ОПЗ на единицу площади
QM– заряд на металлическом электроде
Qn– заряд свободных электронов
Qsс– заряд в области пространственного заряда
Qss– заряд поверхностных состояний
R – темп рекомбинации
Rн– сопротивление нагрузки
RD– дифференциальное сопротивление диода по постоянному току
rD– дифференциальное характеристическое сопротивление диода
S– площадь
Т– абсолютная температура
Te– электронная температура
t– время
U– потенциальная энергия электронов; разность потенциалов
Uк– контактная разность потенциалов
V– объем кристалла
VG– напряжение, приложенное к затвору полевого транзистора
VFB– напряжение на затворе МДП-структуры, соответствующее нулевому значению поверхностного потенциала в полупроводнике
Vox– напряжение, приложенное к оксиду
VT – пороговое напряжение на затворе
W– толщина квазинейтрального объема базы диода или транзистора
υ– скорость
x,y,z– пространственные координаты
= q/kT
Γn (p)– избыток электронов (дырок)
– коэффициент рекомбинации
ε– относительная диэлектрическая проницаемость
0– электрическая постоянная
s– относительная диэлектрическая проницаемость полупроводника
κ– коэффициент переноса
λ– длина свободного пробега; длина волны света
μn (p)– подвижность электронов (дырок)
ν– частота света
– удельное сопротивление
σ– удельная электрическая проводимость
σn(p)– электронная (дырочная) компонента проводимости
– время жизни неравновесных носителей
м– время релаксации Максвелла
τn– время жизни неосновных носителей в области пространственного заряда
υ– скорость
Ф– термодинамическая работа выхода
ФМе – термодинамическая работа выхода из металла
Фn(p)– термодинамическая работа выхода в полупроводникахn(p)-типа
φ– электрический потенциал
φ0– расстояние от уровня Ферми до середины запрещенной зоны в квазинейтральном объеме полупроводника
ms– контактная разность потенциалов
φn(p)– объемное положение уровня Ферми
χ– электронное сродство полупроводника
κ– коэффициент переноса
ψ– волновая функция
ψs– поверхностный потенциал
ω– частота измерительного сигнала