Электропроводность полупроводников

ISBN

 

© Алматинский институт энергетики и связи, 2006 г.

Содержание

Введение. 5

1 Электропроводность полупроводников. 6

1.1 Собственная электропроводность. 6

1.2 Примесная электропроводность. 7

1.3 Зонные диаграммы.. 8

1.4 Функция распределения Ферми. 9

1.5 Составляющие полного тока. 10

2 Плоскостной электронно-дырочный p-n переход. 11

2.1 P-n переход в равновесном состоянии. 11

2.2 Прямое смещение p-n перехода. 12

2.3 Обратное смещение p-n перехода. 13

2.4 Вольт-амперная характеристика p-n перехода. 13

2.5 Основные параметры p-n перехода. 14

2.6 Пробой p-n перехода. 15

2.7 Эквивалентная схема p-n перехода. 16

2.8 Методы изготовления p-n перехода. 16

2.9 Другие виды переходов. 16

3 Полупроводниковые резисторы.. 18

4 Полупроводниковые диоды.. 19

4.1 Классификация полупроводниковых диодов. 19

4.2 Выпрямительные диоды.. 20

4.3 Импульсные диоды.. 22

4.4 Стабилитроны.. 23

4.5 Варикапы.. 24

4.6 Туннельные диоды.. 25

4.7 Обращенные диоды.. 26

4.8 Диоды Шоттки. 26

4.9 Сверхвысокочастотные (СВЧ) диоды.. 26

5 Биполярные транзисторы.. 27

5.1 Классификация транзисторов. 27

5.2 Устройство биполярного транзистора. 28

5.3 Режимы работы биполярного транзистора. 29

5.4 Принцип действия транзистора в активном режиме. 30

5.5 Токи в транзисторе. 32

5.6 Модуляция толщины базы.. 32

5.7 Схемы включения транзисторов. 33

5.8 Эквивалентные схемы и системы параметров транзистора. 39

5.9 Зависимость коэффициента усиления транзистора от частоты.. 41

5.10 Дрейфовый транзистор. 42

5.11 Динамический режим работы транзистора с общим эмиттером. 42

5.12 Оценка нелинейных искажений. 44

5.13 Ключевой режим работы транзистора. 45

6 Полевые транзисторы.. 53

6.1 Полевой транзистор с управляющим p-n переходом. 54

6.2 Полевые транзисторы с изолированным затвором. 56

7 Переключательные полупроводниковые приборы.. 59

7.1 Динистор. 60

7.2 Тринистор. 61

7.3 Однопереходный транзистор. 63

8 Оптоэлектронные приборы.. 65

8.1 Световоды.. 65

8.2 Источники света (ИС) 65

8.3 Фотоприёмники. 69

8.4 Оптроны.. 74

Введение

Микроэлектронике как историческому этапу развития электроники принадлежит исключительная роль в современной науке и технике. Она в значительной степени определяет совершенство аппаратных средств вычислительной техники, радиоэлектроники и систем телекоммуникаций.

Отличительной особенностью современной электроники является быстрое внедрение новейших достижений в производство. Сегодня трудно найти область науки и техники, где бы не применялись электронные изделия. Использование интегральных схем позволяет значительно повысить надежность радиоэлектронных устройств и снизить их габариты и массу.

В процессе проектирования и создания различных радиоэлектронных устройств необходимо не только учитывать основные характеристики электронных приборов, но и понимать физические основы работы, технологию изготовления, уметь сравнивать приборы по их характеристикам и параметрам при выборе оптимальных схемотехнических решений.

Любая интегральная схема состоит из транзисторов, которые имеют два взаимодействующих электронно-дырочных перехода, диоды – один переход. Переходы в свою очередь образуются полупроводниками, с рассмотрения которых и начинается эта работа.

Настоящее пособие «Микроэлектроника. Полупроводниковые приборы» является первой частью дисциплины, где изучаются электропроводность полупроводников, плоскостной электронно-дырочный переход, полупроводниковые резисторы, принцип действия, характеристики и параметры полупроводниковых приборов: диодов, биполярных и униполярных транзисторов, тиристоров. Даны элементы оптоэлектроники.

Вторая часть пособия «Микроэлектроника. Интегральные микросхемы» включает рассмотрение физической структуры и основных принципов построения ИС на биполярных и униполярных приборах.

Электроника – это наука о формировании и управлении потоком электронов в устройствах приема, передачи, обработки и хранения информации.

1 этап развития электроники связан с изобретением телефона и телеграфа, а в 1895 г. беспроволочного телеграфа – радио. Это основа современных средств связи, эра пассивных элементов – проводов, катушек индуктивности, магнитов, резисторов, емкостей.

2 этап – связан с изобретением электронной лампы (с 1902 г.).

3 этап – эра полупроводниковых приборов (с 1947г.).

4 этап – интегральная микроэлектроника (с 1970 г.).

В течение всего периода развития микроэлектроники постоянно ведутся поиски альтернативной элементной базы. Развиваются функциональная электроника, оптоэлектроника, фотоника, квантовая электроника и биоэлектроника. Можно утверждать, что одним из ближайших продолжений развития микроэлектроники станет наноэлектроника.

Электропроводность полупроводников