Движение электронов в магнитном поле.
В магнитном поле на движущиеся электроны действует сила Лоренца, всегда направленная перпендикулярно вектору скорости. Поэтому электроны движется по дуге окружности. Магнитное поле изменяет только направление движения электрона.
Например, в кинескопах телевизора применяют магнитные отклонения луча, а в электронно-лучевой трубке осциллографа - электростатическое отклонение луча.
2) Классификация электронных приборов. Электронная эмиссия
По среде, в которой движутся электроны, различают:
а) электронные вакуумные приборы – источником свободных электронов служит явление электронной эмиссии;
б) ионные газоразрядные приборы - источником свободных электронов служит электронная эмиссия плюс ударная ионизация атомов и молекул
в) полупроводниковые (п/п) приборы – электроны освобождаются от атома под действием различных причин (изменение температуры, освещенности, давления) поэтому концентрация свободных носителей заряда может быть значительно больше чем в вакуумных и газоразрядных приборах и это обуславливает меньшие габариты, массу и стоимость п/п приборов.
Тема 1.1. Физика явлений в полупроводниках.
1. Полупроводники, виды полупроводников по проводимости.
2. Контакт двух полупроводников с различной примесной проводимостью.
2.1. Прямое и обратное включение p-n перехода. Основные свойства.
2.2. ВАХ p-n перехода. Виды пробоя.
2.3. Влияние температуры на p-n переход.
3. Контакт полупроводника и металла. Барьер Шоттки.
1. Полупроводники– это вещества, у которых электрическая проводимость заметно зависит от температуры освещенности, давления и примеси.
Например, при возрастании температуры на 1 градус по Цельсию сопротивление металла увеличится на 0, 4 % , а у полупроводника уменьшится на 4-8 %.
Примеры полупроводников: германий (Ge), кремний (Si), вещества на основе индия, арсенид галлия.
Виды полупроводников по проводимости:
А) собственная проводимость;
Б) примесная проводимость;
А) Собственная проводимость представляет собой движение свободных электронов и дырок, число которых одинаково и заметно зависит от температуры освещенности и давления.
Собственную проводимость можно наблюдать в чистом беспримесном полупроводнике.
Принято беспримесный полупроводник имеющий только собственную проводимость называть полупроводником i - типа.
Б) Примесная проводимость
Различают два вида примесной проводимости:
- электронная примесная проводимость получается при добавлении примесей с валентностью на единицу больше валентности полупроводника. При этом 4 из валентных электронов каждого атома примесей участвуют в образовании связей, а пятый легко становится свободным без образования дырки. Поэтому в таких полупроводниках преобладают свободные электроны.
Полупроводники, в которых преобладают свободные электроны, называются полупроводниками n-типа.
Например, Ge(германий) + As(мышьяк) – полупроводник n-типа.
- дырочная примесная проводимость получается при добавлении примесей с валентностью на единицу меньше валентности полупроводника. При этом у каждого атома примеси недостает одного электрона для завершения связи с атомами полупроводника, следовательно, преобладает количество дырок в полупроводнике.
Полупроводники, в которых преобладают дырки, называются полупроводникамиp-типа.
Например, Ge + In(индий) –полупроводник p-типа.
2. Контакт двух полупроводников с различной примесной проводимостью «n и p» - типа, называется «p-n» переходом.
В месте контакта всегда существует электрическое поле перехода (Eпер), направленное из «n»-области в «p»-область.
|
d - толщина «p-n»- перехода
Uк – контактное напряжение
Пример: Ge d= (10-6 ÷ 10-8)м и Uк = (0,2 до 0,3)В.
При росте концентрации примеси d- уменьшается, а Uк – увеличивается.
2.1. Два способа включения p-n-перехода:
I.прямое включение p-n-перехода в p-области плюс, в n - области минус от источника, следовательно, при Eист < Eпер прямой ток Iпр =0 (на рисунке 6 отрезок ОД), при Eист > Eпер создается прямой ток Iпр, который заметно зависит от напряжения смотри на рисунке 3 и на рисунке 4.
|
Зависимость I от U называется вольтамперной характеристикой (ВАХ).
ВАХ p-n перехода при прямом включении показана на рисунке 4.
|
При прямом включении ток создают основные носители зарядов – примесная проводимость.
II.Обратное включение p-n-перехода показано на рисунке 5.
|
К p-области минус, к n-области плюс от источника, следовательно, электрическое поле источника (Eист) направлено по полю перехода и усиливает его, поэтому основные носителем зарядане участвуют в создании тока.
Ток обратный Iобр создают неосновными носителями заряда, число которых мало, поэтому ток обратный Iобр меньше Iпр
Iоб << Iпр (в 1000 раз) – основное свойство p-n перехода.
При обратном включении, ток почти не зависит от напряжения, смотри ВАХ на рисунке 6.
При достаточно большом обратном напряжении (Uобр max), поступает пробой «p-n» перехода – это явление заметного увеличением тока (десятки и сотни раз).
Различают два вида пробоев:
- электрический пробой,наблюдается только при обратном включении, при напряжении Uоб max, при этом под действием электрического поля источника происходит ударная ионизация атомов, следовательно, образуются пары: свободный электрон – дырка, число которых растет лавинообразно.
Электрические пробои происходят при токе обратномменьше или равной току допустимому перехода (Iпер ≤ Iдоп), поэтому электрический пробой считают обратимым, это значит что при снятии напряжения «p-n» переход восстанавливает свои свойства. Электрический пробой на рисунке 6 это участок АБ
|
- тепловой пробой возникает при прямом или обратном включении, когда ток превышает допустимые значения I доп. перехода, при этом увеличивается температура, следовательно, увеличивается I, следовательно, заметно растет температура и т.д. В результате «p-n» переход разрушается, поэтому тепловой пробой называется необратимым. Тепловой пробой на рисунке 6 это участок БГ.
2.3.С ростомтемпературы обратный ток заметно увеличивается, т.к. это собственная проводимость п/п, а прямой ток почти не изменяется. Например, при возрастании температуры на 10 градусов по Цельсию, обратный ток увеличивается в 2 ÷ 2,5 раза.
Это значит существует температура tкр, при которой обратный ток становится, сравним с прямым, т.е. происходит тепловой пробой. Эта температура tкр, начиная с которой, собственная проводимость сравнима с примесной, называется критической или температурой вырождения.
Хотя tкр и зависит от концентрации примесных носителей, определяющим параметром для нее является ширина запрещенной зоны энергии. Чем шире запрещенная зона, тем больше tкр.
Так, если для кремния tкр ≈ 330 ˚С, то для германия критическая температура будет меньше (~ 100 ˚С).
Существует так же и низшая температура, влияющая на проводимость полупроводника – это температура при которой примесь начинает проявлять свою проводимость называется температурой активации tакт .
Для всех полупроводников температура активации одинакова: tакт = -100 0С.
Поэтому, для всех полупроводниковых приборов существует границы рабочих температур.
Например: Ge → tраб = – 60 до +75 0С;
Si → tраб = -60 до +150 0С.
3.Существует 2 вида контактов полупроводника и металла:
- выпрямляющий – это контакт подобен p-n-переходу, но с меньшей потерей напряжения, более высоким КПД. Выпрямляющий контакт описан впервые немецким ученым в 1937 г. В. Шоттки, поэтому выпрямляющий контакт называется барьером Шоттки и является основой диода Шоттки, транзистора Шоттки.
- невыпрямляющий – проводит ток одинаково при прямом и обратном включении. Применяется для создания металлических выводов, полупроводниковых приборов.
Тема №2. Полупроводниковые приборы
1. Классификация полупроводниковых приборов;
2. Полупроводниковые диоды: стабилитрон, варикап, фотодиод, туннельный диод;
2.1. Устройство, принцип включения, работа, основное свойство, УГО, применение;
3. Биполярный транзистор;
3.1. Виды, устройство, принцип включения, работа, основное свойство, УГО, применение;
3.2. Три схемы включения;
3.3. Основные параметры и характеристики;
3.4. Маркировка;
4. Полевые транзисторы;
4.1. Виды, устройство, принцип включения, работа, основное свойство, УГО, применение;
5. Однопереходные транзисторы.
Дата добавления: 2015-08-11; просмотров: 3022;