Физика полупроводниковых структур - Основы микроэлектроники
В полупроводниках существует два основных механизма переноса носителей заряда:
- 1) Диффузия - направленное перемещение носителей заряда в кристалле в сторону уменьшения их концентрации. 2) Дрейф - упорядоченное движение носителей заряда под действием внешнего электрического поля.
Контакт полупроводник-полупроводник
P+-n несмещенный переход
Поскольку концентрация дырок в p+-области выше чем концентрация электронов в n-области то возникает процесс диффузии из p - в n-область (ток диффузии). Одновременно начинается диффузия электронов из n - в p-область. В результате у границы p - и n - областей образуется двойной электрический слой пространственного заряда. Поле этого двойного слоя создает потенциальный барьер, препятствующий дальнейшей диффузии дырок в n-область и электронов в p-область. Для перехода электронов в p-область и дырок в n-область им необходимо преодолеть разность потенциалов (запрещенную зону). Таким образом на границе полупроводников с различным типом проводимости образуется p-n-переход.
Если приложить к p-n-переходу прямое напряжение то в нем создается электрическое поле противоположное полю, результирующее поле ослабляется, потенциальный барьер снижается, в p-область попадают дополнительные электроны, а в n-область - дырки, этот процесс называется инжекцией зарядов. При подаче обратного напряжения в p-n-переходе создается поле совпадающее по направлению с собственным, следовательно результирующее поле усиливается, потенциальный барьер увеличивается, движение зарядов сводится к минимуму.
Контакт металл-полупроводник.
Может быть омический или выпрямляющий.
Работой выхода электронов из твердого тела называют энергию необходимую для вылета за пределы кристалла (цМ - работа выхода электронов из металла, цS - работа выхода электронов из полупроводника).
Омический контакт.
Омическим контактом называется физический контакт металла с полупроводником электрическое сопротивление которого мало и не зависит от направления тока в заданном диапазоне значений токов.
Металл-p-полупроводник |
Металл-n-полупроводник |
ЦМ> цS, цМs>0 В этом случае часть электронов из p-полупроводника перейдет в металл, следовательно в близи границы контакта накапливаются ОНЗ, образуется обогащенный слой. |
ЦМ< цS, цМs<0 В этом случае часть электронов из металла перейдет в n-полупроводник, следовательно в близи границы контакта накапливаются ОНЗ, образуется обогащенный слой. |
Наличие обогащенного слоя в обоих случаях означает что сопротивление системы в целом определяется нейтральным слоем полупроводника и не зависит ни от величины ни от полярности приложенного напряжения. Такой контакт называют омическим.
Выпрямляющий контакт.
Металл-p-полупроводник |
Металл-n-полупроводник |
ЦМ< цS, цМs<0 В этом случае часть электронов из металла перейдет в p-полупроводник, следовательно, в приконтактном слое начнется рекомбинация, уменьшится количество ОНЗ и образуется обедненный слой. |
ЦМ>цS, цМs>0 В этом случае часть электронов из n-полупроводника перейдет в металл, в приконтактном слое уменьшится количество ОНЗ, образуется обедненный слой. |
В обедненном слое концентрация ОНЗ меньше равновесной (в дали от контакта), следовательно, приконтактный слой обладает повышенным удельным сопротивлением и определяет сопротивление системы в целом. Потенциальный барьер в приконтактном слое называется барьером Шоттке. Такие контакты обладают выпрямительными свойствами и могут быть основой для создания диоидов. В основном для металлизации полупроводников в ИМС используют алюминий. На границе алюминия с n-кремнием будет возникать барьер Шоттке, для предотвращения этого контакты вжигают.
Контакт диэлектрик-полупроводник.
В качестве диэлектрика в основном используется диоксид кремния SiO2. Слои диоксида кремния всегда содержат примеси донорного типа, которые при контакте с кремнием сосредотачиваются вблизи граници. Поэтому пленки диоксида кремния на границе с кремнием образуют тонкий слой положительно заряженных донорых атомов, а отданные им электроны переходят в слой кремния.
Биполярные транзисторы (БТ). Принцип работы.
БТ представляют собой два встречно включенных p-n-перехода. Взаимодействие обеспечивается при расстоянии соединения меньшем диффузионной длины НЗ.
Вид смещения |
P |
N |
Прямое |
+ |
- |
Обратное |
- |
+ |
Виды смещения на переходах для различных режимов работы БТ:
Нормальный активный режим |
Инверсный режим |
Режим насыщения |
Режим отсечки | |
Эмиттерный переход (ЭП) |
Прямое |
Обратное |
Прямое |
Обратное |
Коллекторный переход (КП) |
Обратное |
Прямое |
Прямое |
Обратное |
При нормальном включении транзистора (ЭП прямосмещенный, КП обратносмещенный) потенциальный барьер ЭП уменьшается, а КП увеличивается. Электроны инжектирующие из эмиттера в базу, проходят ее почти без рекомбинации и попадают в коллектор находящийся под положительным потенциалом, таким образом коллектор собирает поступившие в базу ННЗ.
Сопротивление обратносмещенного КП очень велико - несколько Мом, поэтому можно включать весьма большие сопротивления нагрузки не изменяя ток коллектора. Следовательно в цепи нагрузки может выделяться значительная мощность: P = I2R.
Сопротивление прямосмещенного ЭП наоборот очень мало (при IЭ = 1 мА, RЭ = 25 Ом) поэтому при почти одинаковых токах мощность потребляемая в цепи эмиттера намного меньше чем мощность выделяемая в цепи нагрузки, следовательно, транзистор усиливает мощность (является усилительным прибором).
.
, , .
, .
Схемы включения:
С общей базой
С общим эмиттером
С общим коллектором
Похожие статьи
-
Микросхема диэлектрический биполярный полупроводниковый Полупроводниковая ИС - это микросхема, которая представляет собой кристалл полупроводника, в...
-
Технология изготовления ППИС на БТ. Элементы ППИС необходимо изолировать друг от друга что бы необходимые соединения осуществлялись только путем...
-
Изоляция диэлектриком., Комбинированные способы изоляции. - Основы микроэлектроники
1. EPIC-технология. Исходная пластина n-кремния покрывается эпитаксиальным n+-слоем, толщиной 2-3 мкм. Затем в пластине вытравливают канавки глубиной...
-
Элементы ППИС. - Основы микроэлектроники
1. Разновидность биполярных интегральных транзисторов. 1) Многоэмиттерные транзисторы. МЭТ - составляют основу класса цифровых схем ТТМ. Недостатки: Ш...
-
Для целенаправленного изменения свойств полупроводники легируют, т. е. вводят в небольшом количестве атомы примесей, позволяющие управлять типом...
-
Типы полупроводниковых диодов - Исследование полупроводниковых диодов
Выпрямительные Диоды используют для выпрямления переменных токов частотой 50 Гц - 100 кГц. В них используется главное свойство p-n-перехода -...
-
Полупроводниковые диоды - Исследование полупроводниковых диодов
Полупроводниковый прибор с одним р-n-переходом, имеющий два омических вывода, называют полупроводниковым диодом (рис.1.4). Одна из областей р-n-структуры...
-
Гибридные интегральные схемы - Основы микроэлектроники
Гибридная ИС (ГИС) - микросхема которая представляет собой комбинацию пленочных пассивных элементов и активных компонентов расположенных на общей...
-
Прямое и обратное включение p-n-перехода. Свойства и потенциальные диаграммы. - Основы техники связи
Рис. А. Схема движения электронов и дырок при прямом (а) и обратном (б) включении p-n - перехода Рис. B. Схема движения электронов и дырок при прямом (а)...
-
Р-n переход при внешнем напряжении, приложенном к нему - Исследование полупроводниковых диодов
Внешнее напряжение нарушает динамическое равновесие токов в p-n-переходе. P-n-переход переходит в неравновесное состояние. В зависимости от полярности...
-
Оптоэлектронные полупроводниковые приборы - Электроника и схемотехника аналоговых устройств
Оптоэлектроника - область электроники, занимающаяся вопросами преобразования оптических сигналов в электрические и наоборот. Новое направление в...
-
Полупроводниковый резистор - это полупроводниковый прибор с двумя выводами, построенный на полупроводнике, равномерно легированном примесями. В...
-
Элементы полупроводниковых ИМС на биполярных транзисторах
Элементы полупроводниковых ИМС на биполярных транзисторах Транзисторы типа п-р-п. Биполярный транзистор типа п-р-п является основным схемным элементом...
-
Микроэлектроника. Основные понятия. Микроэлектроника - это раздел электроники, охватывающий исследования и разработку качественно нового типа электронных...
-
Подготовка прибора к работе После включения, пятиминутного прогрева и проверки работоспособности прибора поставьте переключатель ДИОД-ТРАНЗИСТОР в...
-
Радиотехнические устройства на основе операционного усилителя. - Оcновы радиоэлектроники
Идеальный операционный усилитель При расчете схем с ОУ широко пользуются понятием об идеальном операционном усилителе, у которого: 1. Коэффициент...
-
Само название "полупроводник" произошло от различия электропроводности полупроводников от электропроводности металлов и диэлектриков. Действительно Но...
-
Физические процессы в р-n-переходе Основным элементом большинства полупроводниковых приборов является электронно-дырочный переход (р-n-переход),...
-
Устройство и принцип действия биполярного транзистора - Полупроводниковые приборы, транзисторы
В отличие от полупроводниковых диодов биполярные транзисторы имеют два электронно - дырочных перехода. Основанием прибора служит пластина полупроводника,...
-
ПОДГОТОВКА ГРУЗОВЫХ ПОМЕЩЕНИЙ - Основы управление флотом и технология перевозки грузов
Должна производиться в соответствии с требованиями РТМ 31.2003. Подготовка судна к приему груза должна включать: Приведение трюмов в соответствие для...
-
Переходные процессы и основы синтеза линейных радиотехнических цепей
Переходные процессы и основы синтеза линейных радиотехнических цепей Современные радиотехнические системы часто включают в себя комплекс достаточно...
-
Основными производственными организациями путевого хозяйства, осуществляющими ремонты и текущее содержание пути, являются ПМС, ПЧ, ПЧМ. Их количество,...
-
Эффективное кодирование - Основы построения телекоммуникационных систем и сетей
Эффективное кодирование - это процедуры направленные на устранение избыточности. Основная задача эффективного кодирования: обеспечить, в среднем,...
-
Ознакомление с предприятием Инструктаж по техники безопасности 1. Перед началом работы необходимо проверить наличие и исправность инструмента, а также...
-
Оценка частоты гармонических сигналов на основе анализа амплитудно-частотной характеристики процесса
Оценка частоты гармонических сигналов на основе анализа амплитудно-частотной характеристики процесса Бордюков Антон Геннадьевич, Аспирант...
-
Дипломная работа по теме "Основы зональной навигации и ее применение в пилотажно-навигационном комплексе GARMIN 1000" содержит 3 раздела. В ходе...
-
Устройство СИТОВ-1 предназначено для проверки технических характеристик тормоза грузовых вагонов после постройки или ремонта и используется в...
-
Следующим типом интегрирующего АЦП с частотно-импульсным преобразованием, принцип работы которого основан на предварительном преобразовании входного...
-
Условия самовозбуждения автогенераторов гармонических колебаний. - Основы техники связи
Самовозбуждение в автогенераторе с обратной связью возможно только при выполнении следующих условий: баланса амплитуд; баланса фаз. Баланс фаз...
-
ОСНОВНЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ПОЛУПРОВОДНИКОВОЙ ПАМЯТИ - Цифровые устройства и микропроцессоры
Полупроводниковая память имеет большое число характеристик и параметров, которые необходимо учитывать при проектировании систем: 1. Емкость памяти...
-
Основы работы катка - Совершенствование энергетической установки дорожного катка
При установившемся движении материал (рисунок 2)в зоне его контакта с ведомым вальцом катка действует вертикальная сила, равная вертикальной нагрузке, и...
-
Рецептор - объект, который находится под воздействием электромагнитных помех. Внутри РЭС рецепторами выступают маломощные чувствительные элементы и узлы...
-
Второе условие. Мощности двигателя должно быть достаточно для обеспечения движения автогрейдера с максимальной транспортной скоростью VТ тах = 8,3...12,5...
-
Дидактическое и методическое обеспечение: "Основы телефонной связи" - Системы телекоммуникации
Пояснительная записка Методическое пособие по выполнению лабораторных работ разработано в соответствии с примерной программой учебной дисциплины "Системы...
-
Дублирование мастера - Структура работы гаража автомобильного парка
Должностная инструкция (дублируемого) мастера. Мастер обязан: гараж автомобиль автобус В совершенстве знать устройство обслуживаемых машин, технологию...
-
Подготовка к полету 1) При подготовке к полету необходимо убедиться в том, что навигационная инфраструктура на время предполагаемого полета обеспечит...
-
Зональный бортовой целостность приемник Основы зональной навигации В зарубежной практике на протяжении многих десятилетий маршруты полетов ВС строились...
-
Концепция требуемых навигационных характеристик (RNP) является подходом к установлению требований к точности и надежности аэронавигации в том или ином...
-
Допущения, принятые при расчетах в базах данных G1000 Траектория и конечный пункт рассчитываются исходя из следующих условий: - Скорость - путевая...
-
В легко доступном для экипажа месте должен находиться документ "Комплекс Garmin G1000. Справочное руководство", номер 190-00384-08 (в соответствующей...
Физика полупроводниковых структур - Основы микроэлектроники