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 (E_пер), направленное из «n»-области в «p»-область.

d - толщина «p-n»- перехода

U_к – контактное напряжение

Пример: Ge d= (10^-6 ÷ 10^-8)м и U_к = (0,2 до 0,3)В.

При росте концентрации примеси d- уменьшается, а U_к – 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 E_ист < E_пер прямой ток I_пр =0 (на рисунке 6 отрезок ОД), при E_ист > E_пер создается прямой ток I_пр, 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 (E_ист) направлено по полю перехода и усиливает его, поэтому основные носителем зарядане участвуют в создании тока.

Ток обратный I_обр создают неосновными носителями заряда, число которых мало, поэтому ток обратный I_обр меньше I_пр

I_об << I_пр (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 ≤ I_доп), 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 t_кр, при которой обратный ток становится, сравним с прямым, т.е. происходит тепловой пробой. Эта температура t_кр, начиная с которой, собственная проводимость сравнима с примесной, называется критической или температурой вырождения.

Хотя t_кр и зависит от концентрации примесных носителей, определяющим параметром для нее является ширина запрещенной зоны энергии. Чем шире запрещенная зона, тем больше t_кр.

Так, если для кремния t_кр ≈ 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 t_акт .

Для всех полупроводников температура активации одинакова: t_акт = -100 ⁰С.

Поэтому, для всех полупроводниковых приборов существует границы рабочих температур.

Например: Ge → t_раб = – 60 до +75 ⁰С;

Si → t_раб = -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.

Классификация полупроводниковых приборов

1Полупроводниковые приборы различают по числу p-n-переходов:

- полупроводниковые резисторы – нет p-n-перехода;

- полупроводниковые диоды – 1 p-n-переход;

- транзисторы – как правило, 2 p-n-перехода;

- тиристоры – 3 p-n-перехода;

- симисторы – 4 p-n-перехода;

- интегральные микросхемы – десятки, сотни, тысячи p-n-переходов.