- •Введение
- •Уравнение Шредингера для стационарного случая
- •Собственные волновые функции и собственные значения оператора Гамильтон
- •Уравнение Шредингера для свободной частицы, двигающейся в направлении оси
- •Моделирование движения микрочастицы в свободном пространстве с помощью интегрального пакета прикладных программ MathCad
- •Моделирование волнового пакета Определение волнового пакета
- •Волновая функция волнового пакета
- •Моделирование волнового пакета
- •Заключение
- •Контрольные вопросы
- •Библиографический список
- •Лабораторная работа №2 движение микрочастиц в поле потенциальных сил. Движение микрочастиц через потенциальный барьер Определение потенциального барьера
- •Уравнение Шредингера для частицы двигающейся через потенциальный барьер
- •Коэффициенты отражения и прозрачности.
- •Туннельный эффект
- •Лабораторное задание
- •Контрольные вопросы
- •Библиографический список
- •Лабораторная работа № 3
- •Исследование зонной структуры твердых тел
- •Строение вещества и коллективизированные электроны
- •В кристалле
- •Приближения при решении уравнения Шредингера для кристалла
- •Приближение слабосвязанных электронов.
- •Движение электрона в кристаллической решетке Модель Кронига-Пенни
- •Уравнение Шредингера для модели Кронига-Пенни
- •Решение уравнения Шредингера
- •Определение волнового числа
- •Зоны Бриллюэна. Модель приведенных зон
- •Заполнение зон электронами и классификация энергетическихзон
- •Зонная структура и электрические свойства твердых тел
- •Энергетическая структура алмазоподобных полупроводников.
- •Лабораторное задание
- •Контрольные вопросы
- •Библиографический список
- •Лабораторная работа №4 исследование статистических свойств носителей заряда в полупроводниках и металлах Химический потенциал невырожденного идеального газа. Энергия Ферми.
- •Распределение Ферми-Дирака при абсолютном нуле
- •Вычисление энергии Ферми
- •Изменение энергии Ферми при изменении температуры
- •Собственные и примесные полупроводники
- •Ec ev δEg запрещенная зона валентная зона зона проводимости
- •Статистика носителей заряда в собственном полупроводнике
- •Статистика носителей заряда в примесных полупроводниках
- •Уровень Ферми носителей заряда в примесном полупроводнике n-типа
- •Статистика носителей заряда в примесном полупроводнике p-типа
- •Уровень Ферми носителей заряда в примесном полупроводнике p-типа
- •Лабораторное задание:
- •Контрольные вопросы
- •Расчет концентраций равновесных носителей заряда в приконтактной области
- •Расчет уровней Ферми электронов и дырок в приконтактной области
- •Расчет потенциального барьера контакта двух полупроводников
- •Расчет концентрации неравновесных носителей заряда контакта двух полупроводников.
- •Расчет ширины области обедненной носителями заряда.
- •Расчет барьерной емкости контакта двух полупроводников
- •Расчет диффузионной длины носителей зарядов контакта двух полупроводников
- •Расчет тока проводимости контакта двух полупроводников
- •Расчет диффузионной емкости контакта двух полупроводников
- •Лабораторное задание
- •Контрольные вопросы
- •Библиографический список
- •Лабораторная работа №6 исследование электропроводности транзисторной структуры Физические процессы в транзисторной структуре
- •Расчет коэффициента передачи тока транзисторной структуры
- •Расчет концентрации неосновных носителей в области базы
- •Расчет плотности тока неосновных носителей в области базы
- •Расчет токов эмиттерного и коллекторного переходов
- •Эквивалентная схема биполярного транзистора
- •Эквивалентная схема биполярного транзистора в виде четырехполюсника
- •Эквивалентная схема биполярного транзистора
- •Расчет параметров элементов эквивалентной схемы транзисторной структуры
- •Математическая модель биполярного транзистора и расчет переходов
- •Расчет электрических параметров схемы с биполярным транзистором с использованием эквивалентной схемы
- •Лабораторное задание
- •Контрольные вопросы
- •Библиографический список
- •Лабораторная работа №7 физические процессы в полевых транзисторах Конструктивные особенности полевых транзисторов с изолированным затвором
- •Физические процессы в транзисторе
- •Эффективная подвижность носителей заряда в канале
- •Концентрация подвижных носителей в области канала
- •Напряжение отсечки
- •Ширина канала полевого транзистора
- •Вольтамперная характеристика полевого транзистора
- •Входная и выходная характеристики полевого транзистора
- •Лабораторное задание
- •Содержание
Библиографический список
1. Волков, В. М. Микроэлектроника/В.М.Волков – Киев : Техника,1983.
2. Епифанов, И. П. Физические основы микроэлектроники/И.П.Епифанов – М. : Высшая школа, 1983.
3. Епифанов, И. П., Мома Ю. А. Физические основы конструирования и технологии РЭА и ЭВА/И.П.Епифанов, Ю.А.Мома – М. : Сов. радио, 1979.
4. Епифанов, Г. И. Твердотельная электроника/ – М. : Высшая школа, 1986.
5. Росадо, Л. Физическая электроника и микроэлектроника/Л.Росадо – М. : Высшая школа, 1991.
6. Сугано, Такуо. Введение в микроэлектронику/ Такуо, Сугано; пер. с яп. – М. : Мир, 1988.
Лабораторная работа №6 исследование электропроводности транзисторной структуры Физические процессы в транзисторной структуре
Транзисторная структура образуется контактом трех полупровод-ников. На границах этих полупроводников образуются приконтактные области с объемным зарядом ионизированных атомов доноров и ак-цепторов.Этот заряд создает потенциальные барьеры вприконтактных областях и препятствует переходу основных носителей зарядов между областями.
Рис. 1. Структура контакта трех полупроводников
В равновесном состоянии при отсутствии внешних приложенных напряжений величина потенциального барьера будет определяться разностью потенциалов.
Рис. 2. Структура энергетических зон контакта трех полупроводников
При отсутствии внешних смещений и термическом равновесии все три области должны иметь одинаковые уровни Ферми для элект-ронов и для дырок. В окрестностях каждого перехода имеется пере-ходная область. Плотности токов через каждый переход в этом режи-ме равны нулю.
Нулевое значение плотности тока через каждый переход опреде-ляется равенством по величине и противоположно направленных по-токов дырок и электронов, которые в свою очередь определяют баланс электронных и дырочных плотностей токов.
Каждая пара – электронный и дырочный потоки – в одном на-правлении определяются диффузией, а в другом – дрейфом в электри-ческом поле области перехода.
Подключение к контактной области эмиттер-база прямого напря-жения, а к контактной области база-коллектор обратного напряжения будет определять работу транзисторной структуры в режиме усиле-ния.
Рис. 3. Структура контакта трех полупроводников в неравновесном состоянии
Понижение потенциального барьера эмиттерного перехода будет приводить к диффузии электронов из эмиттера в базу. При этом в базе будет создаваться градиент концентрации электронов, который будет определять диффузию электронов в базовой области.
Обычно предполагается, что пространственное распределение электрического поля ограничено областями переходов. Поэтому в об-ласти базы электрическое поле отсутствует и основным механизмом переноса носителей заряда через базу является диффузия.
Смещение в обратном направлении коллекторного перехода по-зволяет электронам, которые прибывают в начальный участок области перехода со стороны базы, сваливаться в потенциальную яму и попа-дать на коллекторный вывод. Это будет определять протекание тока ik через сопротивление нагрузки Rn, создавая на этом сопротивлении па-дение напряжения.
Рис. 4. Зонная структура контакта трех полупроводников в неравновесном состоянии
Некоторое число электронов рекомбинирует в базовой области. Поэтому только те электроны, которые не подвергались рекомбина-ции, достигают коллекторного перехода.
В условиях равновесия ток базы восполняет потерю тех носите-лей заряда, которые рекомбинируют в базовой области.
Большой обратный потенциал, приложенный к коллекторному переходу, препятствует диффузии электронов в базовую область из коллектора. Этот потенциал также не позволяет дыркам базы диффун-дировать в коллекторную область.