Ср 20 напівпровідникові діоди, транзистори

Напівпровіднико́вий діо́д (рос. полупроводниковый диод, англ. semiconductor (crystal) diode; нім. н. Halbleiterdiode f) — це напівпровідниковий прилад з одним випрямним електричним переходом і двома зовнішніми виводами.

Випрямним електричним переходом, в напівпровідникових діодах, може бути електронно-дірковий перехід, гіперперехід або контакт метал-напівпровідник.

Випрямний перехід, окрім ефекту випрямлення, має й інші властивості, що використовуються для створення різних видів напівпровідникових діодів: випрямних діодів, стабілітронів, лавинно-пролітних діодів, тунельних діодів, варикапів та інших. Тому напівпровідникові діоди поділяють: на випрямні, високочастотні та надвисокочастотні, імпульсні, опірні (стабілітрони), чотиришарові перемикаючі, фотодіоди, світлодіоди, тунельні діоди та інші.

Види напівпровідникових діодів

Загалом, механізм односторонньої провідності у діодів однаковий, проте для його створення можна використовувати не лише виключно напівпровідники, а й метали.

Напівпровідник-напівпровідник

Якщо зплавити напівпровідники з різними типами провідності (n— та p-провідністю), то на межах їх стику утворюється p-n перехід. Вільні електрони з області напівпровідника з n-провідністю рекомбінують з «дірками» напівпровідника з p-провідністю. Утворюється нейтральний шар, який розділяє дві області з електричними зарядами. Створюється різниця потенціалів. Якщо подати напругу негативним знаком на n-область та позитивним на p-область, то електрони будуть здатні подолати нейтральний бар'єр і через діод потече струм (пряме увімкнення діода). Якщо подати напругу позитивним знаком на n-область, а негативним на p-область, то нейтральний шар розшириться і струм протікати не буде.

Метал-напівпровідник

Якщо методом катодного розпилення, або вакуумного осадження, на очищену зону напівпровідника, нанести метал, то утвориться з'єднання метал-напівпровідник. Робота виходу електронів з металу значно більша, ніж у напівпровідника. Тому утвориться різниця робіт виходу, та різниця потенціальних бар'єрів. Це зумовить перехід електронів із напівпровідника до металу, та відсутность переходу електронів із металу до напівпровідника.

Основні параметри напівпровідникового діода

Is — струм насичення (тепловий струм);

Rб — опір бази діода;

Rа — активний опір;

RД — диференційний опір;

Cб — бар'єрна ємність;

СД — дифузійна ємність

Rтп к — тепловий опір перехід-корпус;

Кв — коефіцієнт випростування;

φк — контактна різниця потенціалів.

Проектування

При автоматизованому проектуванні мікроелектронної апаратури (МЕА), широко використовуються моделі елементної бази, зокрема, моделі напівпровідникових приладів та інтегральних мікросхем (ІМС). Найбільш поширеними є топологічні моделі, наведені у вигляді еквівалентної заступної схеми, або неспрямованого графа, вітки яких відбивають шляхи розповсюдження фізичного процесу у приладах.

Застосування

Застосовується практично у всіх електронних схемах, та в багатьох електричних.

Транзистор — напівпровідниковий елемент електронної техніки, який дозволяє керувати струмом, що протікає через нього, за допомогою прикладеної до додаткового електрода напруги.

Транзистори є основними елементами сучасної електроніки. Зазвичай вони застосовуються в підсилювачах і логічних електронних схемах. У мікросхемах в єдиний функціональний блок об'єднані тисячі й мільйони окремих транзисторів.

За будовою та принципом дії транзистори поділяють на два великі класи: біполярні транзистори й польові транзистори. До кожного з цих класів входять численні типи транзисторів, що відрізняються за будовою і характеристиками.

В біполярному транзисторі носії заряду рухаються від емітера через тонку базу до колектора. База відділена від емітера й колектора p-n переходами. Струм протікає через транзистор лише тоді, коли носії заряду інжектуються з емітера в базу через p-n перехід. В базі вони є неосновними носіями заряду й легко проникають через інший p-n перехід між базою й колектором, прискорюючись при цьому. В самій базі носії заряду рухаються за рахунок дифузійного механізму, тож база повинна бути досить тонкою. Управління струмом між емітером і колектором здійснюється зміною напруги між базою і емітером, від якої залежать умови інжекції носіїв заряду в базу.

Принцип дії польового транзистора

Детальніше у статті польовий транзистор

В польовому транзисторі струм протікає від витоку до стоку через канал під затвором. Прикладена до затвору напруга збільшує чи зменшує ширину області збіднення, а тим самим ширину каналу, контролюючи струм.

Оскільки транзистор має три електроди, то для кожного із струмів через два електроди транзистора, існує сімейство вольт-амперних характеристик при різних значеннях напруги на третьому електроді, або струму, який протікає через нього.

У багатьох застосуваннях важливі частотні характеристики транзисторів — швидкість перемикання між різними станами.

Застосування

Транзистор має два основні застосування: у якості підсилювачі у якості перемикача.

Підсилювальні властивості транзистора зв'язані з його здатністю контролювати великий струм між двома електродами за допомогою малого струму між двома іншими електродами. Таким чином малі зміни величини сигналу в одному електричному колі можуть відтворюватися з більшою амплітудою в іншому колі.

Використання транзистора у якості перемикача пов'язане з тим, що приклавши відповідну напругу до одного з його виводів, можна зменшити практично до нуля струм між двома іншими виводами, що називають запиранням транзистора. Цю властивість використовують для побудови логічних вентилів.