- •Электроника, ее основные области исследования; вакуумная, твердотельная, квантовая электроника, особенности физических процессов.
- •I.Вакуумная электроника:
- •II.Твердотельная электроника:
- •III.Квантовая электроника:
- •2. Структура кристаллов. Типы кристаллических решеток.
- •1.Точечные дефекты:
- •2.Линейные дефекты:
- •3.Классификация твердых тел по степени электропроводности
- •4. Энергетические уровни и зоны твердого тела. Соотношение неопределенностей Гейзенберга. Разрешенные и запрещенные зоны. Потенциальная кинетическая энергия электронов.
- •5. Квазиимпульс и эффективные массы носителей заряда. Междолинный переход носителей заряда, зависимость энергии электрона от импульса.
- •6.Концентрация электронов и дырок в примесном полупроводнике
- •8.Законы распределения равновесных носителей заряда в энергетических зонах. Распределение Ферми-Дирака.
- •9. Поверхностные явления в полупроводниковых структурах.
- •1.Режим обеднения
- •2.Режим инверсии.
- •3.Режим обогащения.
- •10.Дрейфовое движение носителей заряда.
- •13.Виды электронно-дырочных переходов.
- •14 Анализ электронно-дырочного перехода в неравновесном состоянии
- •15. Математическая модель идеализированного p-n перехода.
- •16.Вах реального электронно-дырочного перехода
- •17. «Мы все умрем»(ты сам умрешь!!!)
- •Переход диода в выключенное состояние.
- •Переключение из прямого направления в обратное.
- •19.Контакты межу полупроводниками одного типа проводимости. Омические контакты.(???)
- •Р ежимы работы транзистора
- •Термоэлектрический эффект Зеебека.
- •Термоэлектрический эффект Пельтье.
14 Анализ электронно-дырочного перехода в неравновесном состоянии
Неравновесное состояние р-n-перехода наступает при подаче внешнего напряжения U и характеризуется протеканием тока через переход. Сопротивление обедненного слоя значительно выше сопротивления нейтральных областей, поэтому внешнее напряжение U практически оказывается приложенным к самому обедненному слою и влияет на величину потенциального барьера. напряжение на р-n-переходе наз прямым, если оно понижает барьер. Это когда плюс источника питания присоединен к р-области, а минус – к n-области. Потенциальный барьер при прямом напряжении
Внешнее поле складывается с внутренним полем и потенциальный барьер увел., если плюс источника присоединяется к n-области. Такое напряжение называется обратным и считается отрицательным.
Вместе с высотой изменяется и ширина потенциального барьера:
При прямом напряжении переход сужается, а при обратном расширяется.Вывод: при прямом смещении напряженность поля уменьшается, след.,нарушается равновесие между диффузионными и дрейфовыми потокам, а именно диффузия начинает преобладать над дрейфом.Вследствие диффузии увел. концентрация неоснов. носителей заряда в нейтральных областях, граничащих с переходом, этот процесс наз. инжекцией носителей заряда.
Опред. концентрацию избыточных граничащих носит. заряда ∆np и ∆pn:
∆φ0=φтln(nn0/np0), заменим np формулой: np=np0+∆np ∆φ=∆φ0-u, получим
∆φ0-u=∆φтln(nn0/np0+∆np)= φт(ln(nn0/np0)-ln(1+∆np/np0)), тогда будем иметь:
∆np= np0(eu/φт-1) ∆pn =pn0 (eu/φт-1 )
При прямом напряжении увеличивается концентрация избыточных неосновных носителей заряда.Инжектирующий слой(с меньшим удельным сопротивлением) наз эмиттером, а слой с большим удельным сопротивлением , который не инжектируется базой.Подадим на п-н переход обратное напряжение(высота барьера увел, толщина увел.)Уменьшается концентрация неосновных носителей заряда у границ перехода наз. экстракцией
Коэф. инжекции равен: γ=Ip/(Ip+In)=Ip/I γ→1 Коэф. инжекции –отношение тока носителей заряда в инжектируемых базах к полному току для несимметричного перехода.Уровень инжекции:δ=∆pn/nn0≈∆pn/Nd Отношение концентрации инжектируемых в базе неосн. носит. заряда в базу концентрации неосновных носителей в базе в равновесном состоянии. δ<<1-низкий уровень , δ>>1- высокий уровень.
Энергетические диаграммы р-n-перехода для прямого и обратного напряжений.Уровни Ферми в р- и n-областях располагаются на разной высоте, так что интервал между ними равен q|U|, т.е. пропорционален приложенному напряжению.
15. Математическая модель идеализированного p-n перехода.
1.Ширина перехода настолько мала, что в обедненном слое отсутствуют процессы генерации, рекомбинации и рассеяния, и токи на границах перехода равны.
2.Вне обедненного слоя нет электрического поля и здесь носители движутся только в следствии диффузии.
3.Концентрация дырок инжектированных в базу невелика – низкий уровень инжекции.
4.Сопротивление нейтральных областей << сопротивления перехода.
5.Внешнее напряжение не превышает напряжение пробоя.
6.Толщины нейтральных областей намного на много больше диффузионной длины W>>Lдиф.
Прямое напряжение
Определим ∆np(x) и ∆pn(x)
В глубине нейтр.слоев избыт.концентр. стремятся к нулю вследствие рекомбинации.
pn → ∆pn т.к. pn0 = const
∆pn=pn-pn0
С учетом W>>L
Для транзистора W<L
Плотность диффузионного тока:
; .
.
Тепловой ток:
Ток I0 называется тепловым током перехода или обратным током насыщения. Обусловлен термогенерацией неосновных носителей в нейтральных областях, прилегающих к переходу.
Тепловой ток резко уменьшается при увеличении ширины запрещенной зоны.
ВАХ p-n перехода:
. Вентильные свойства перехода тем лучше, чем меньше обратный ток (при заданном Uобр) и чем меньше прямой ток (при заданном Uпр). Изменение тока в одном направлении сопровождается изменением U в другом направлении.
Характеристические сопротивления идеализированного перехода.
е—дырочный переход как нелинейный элемент характеризуется диф.сопротивлением и сопротивлением постоянного тока.
При увеличении Uобр; rдиф→∞.
rдиф используется для расчетов на малом переменном сигнале.
Сопротивление постоянного тока: ;
В нулевой точке одинаковы. В области обратного напряжения