Фізичні основи напівпровідникових приладів. Напівпровідникові діоди. Біполярні транзистори

ЗМІСТ

ВСТУП

Електронна система складається з електрично зв'язаних між собою пасивних компонентів (резисторів, конденсаторів і индуктивностей) і активних компонентів - напівпровідникових приладів. В інтегральній мікросхемі активні і пасивні компоненти складають єдине ціле (інтегральний прилад). В могутній схемі напівпровідниковий прилад - конструктивно самостійний елемент (дискретний прилад).

Усередині електронного пристрою напівпровідниковий прилад виконує дві основні функції:

замикає і розмикає ланцюг електричного струму, тобто працює як ключ  ;

забезпечує лінійне посилення електричного сигналу, тобто працює як   підсилювач.

·         Відповідно до цього розділяються ключові і підсилювальні режими експлуатації напівпровідникового приладу. В ключовому режимі прилад має два статичні стани: замкнуте - опір приладу близький до нуля, і розімкнене - опір приладу великий. В підсилювальному режимі напівпровідниковий прилад забезпечує лінійну передачу сигналу: вихідний сигнал повністю повторює форму управляючого (вхідного) сигналу, але має велику (посилену) потужність.

По функціональних можливостях можна виділити три основні класи напівпровідникових приладів: діоди, транзистори і тиристори.

Діод - це електричний «вентиль» тобто прилад, що забезпечує однонаправлену передачу електричного сигналу. Його можна вважати некерованим ключем, який не усилює потужність передаваного сигналу.

Транзистор - керований напівпровідниковий прилад, який може працювати в електронній схемі як в ключовому, так і підсилювальних режимах. Це універсальний напівпровідниковий прилад інтегральних і могутніх схем.

Тиристор - керований напівпровідниковий прилад, який використовується тільки в ключовому режимі перш за все в могутніх виконавчих пристроях.

1  ФІЗИЧНІ  ОСНОВИ НАПІВПРОВІДНИКОВИХ ПРИЛАДІВ

1.1 Безпримісні (власні) напівпровідники

 Напівпровідники займають по електропровідності проміжне положення між металами і діелектриками:

r ïðîâ   =  10 -8  ...  10 -5  Îì×ì ;

^{r ï/ïðîâ=  10 -5  ...  10  8  Îì×ì ;}

^{räèýë   =  10   8  ...  10 13  Îì×ì .}

^{Механізм електропровідності напівпровідників і діелектриків приблизно однаковий і якісно відрізняється від механізму електропровідності провідників.}

^{Відмінності  напівпровідників від провідників:}

^{1.Величина   rп/пр >> r пров}

^{2.Влияние температури:} 

^{­ t   ®   r ïðîâ  ­,  ïðè Ò=0 0Ê   ìîæëèâà íàäïðîâ³äí³ñòü;}  

^{­ t   ®   rï/ïð     ¯,   ïðè Ò=0 0Ê   rï/ïð » r äèýë .}

^{3.Влияние домішок:}

^{-  додавання домішки  в  чистий метал ®  r сплаву  ­ ;}

^{-   додавання домішки в напівпровідник  ®   rп/пр     Ї .}

^{4. Вплив електричного поля, опромінювання електричним                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                          світлом або іонізаційними частинками:}

^{- на величину  rп/пр   впливає;}

^{- на величину  rпров   вплив не характерний.}

^{Як напівпровідникові матеріали для виготовлення  електронних приладів частіше за все застосовуються германій, кремній і арсенід галію.}

^{Об'ємні кристалічні грати германію є тетраедром. На малюнку вона може бути відрекомендована в площинній грати (рис.1.1,а). Подвійні лінії умовно позначають ковалентную зв'язок.}

^{У відсутність структурних дефектів і при Т=0 До чотири валентні електрони зовнішньої електронної оболонки кожного атома беруть участь в ковалентных зв'язках з сусідніми атомами. Ці зв'язки характеризуються перекриттями зовнішньої електронної оболонки кожного атома із зовнішніми електронними оболонками поряд розташованих чотирьох атомів кристала. Участь всіх електронів атомів в створенні ковалентных зв'язків між атомами свідчить про знаходження електронів на рівнях енергії валентної зони.}

Підвищення температури кристала викликає збільшення енергії фононів (квантів теплових коливань кристалічних грат).  При деякій  температурі  енергія  фонона  стає достатньою для звільнення електрона від зв'язків з атомами кристалічних грат. Валентний електрон звільняється від зв'язків і стає вільним.  Звільнення електрона від зв'язків з атомами відповідає на енергетичній діаграмі його переходу з рівня валентної зони на рівень зони провідності.