37

Уральский государственный педагогический университет

Физический факультет

Кафедра общетехнических дисциплин

Физические основы микроэлектроники

Екатеринбург

2007г

Оглавление

1. Современное состояние электроники 2

1.1 Модели структур полупроводников 3

1.1.1 Модель ковалентной связи 4

1.1.2 Модель энергетических зон 5

1.2 Собственные и примесные полупроводники 7

1.2.1 Собственные полупроводники 7

1.2.2 Примесные полупроводники 9

1.3 Равновесное состояние р-пперехода 10

1.4 Прямо и обратно смещенный p-n – переход 12

1.4.1 Явление пробоя 13

1.5 Биполярные транзисторы 14

1.6 Тиристоры 18

1.7 Полевые (униполярные) транзисторы 21

1.7.1 Полевой транзистор с управляющим р-п  переходом 21

1.7.2 Полевые транзисторы с изолированным затвором 23

1.8 Фотоэлементы. Оптроны 25

1.9 Интегральные схемы 26

1.9.1 Особенности интегральных схем как нового типа электронных приборов. 34

Используемая литература 37

1.Современное состояние электроники

Для современной электроники характерно широкое использование интегральных схем (ИС). Разработка, совершенствование и внедрение ИС в бурно развивающуюся отрасль вычислительной техники и различных автоматических систем управления потребовали интенсификации работ прежде всего в области физической электроники. Рассмотрение работы электронных устройств, составляющих основу интегральных, схем мы начнем с рассмотрения модели структур полупроводников

1.1Модели структур полупроводников

Термином «модель» принято обозначать некоторую совокупность идей и представлений, определенную математическую форму. С одной стороны, описание с помощью моделей позволяет логически объяснить физические явления и их свойства, с другой  в некоторых особых случаях модель позволяет открывать новые, ранее не известные факты. Таково общее определение этого термина.

• Приведем краткие характеристики интересующих нас моделей.

• Модель ковалентной связи настолько проста, что ее применимость ограничена. Ценность заключается в том, что она позволяет описать процессы переноса заряда в полупроводнике на интуитивном уровне. Данная модель дает возможность получить некоторые качественные представления о внутренних физических процессах в кристаллических твердых телах. Эти сведения необходимы на этапе, предшествующем строгому математическому изучению.

• Модель энергетических зон принадлежит к числу наиболее часто используемых, поскольку позволяет количественно изучать явления переноса в полупроводниковых устройствах. Используется как в графической, так и в аналитической формах. При элементарном рассмотрении обычно начинают с модели ковалентной связи, а затем переходят к модели энергетических зон. Это позволяет с разных сторон изучать физику движения электронов и дырок  носителей заряда в полупроводнике.

• Математическая модель основывается на некоторых физических гипотезах и дает математическую формулировку процессов в полупроводниковых материалах и устройствах на их основе. Является основным инструментом теоретического исследования.

• Аналоговая модель, или эквивалентная схема, является, пови­ди­мому, наиболее распространенной. В общем случае имеет вид некоторого «черного ящика», для которого указаны связи между токами и напряжениями. По этим причинам имеет лишь косвенное отношение к физическим процессам в устройстве. Ценность аналоговой модели состоит в удобстве ее практического использования.