WWW.UK.X-PDF.RU

БЕЗКОШТОВНА ЕЛЕКТРОННА БІБЛІОТЕКА - Книги, видання, автореферати

 
<< HOME
CONTACTS




Продажа зелёных и сухих саженцев столовых сортов Винограда (по Украине)
Тел.: (050)697-98-00, (067)176-69-25, (063)846-28-10
Розовые сорта
Белые сорта
Чёрные сорта
Вегетирующие зелёные саженцы

Продажа зелёных и сухих саженцев столовых сортов Винограда (по Украине)
Тел.: (050)697-98-00, (067)176-69-25, (063)846-28-10
Розовые сорта
Белые сорта
Чёрные сорта
Вегетирующие зелёные саженцы
Pages:   || 2 | 3 | 4 | 5 |   ...   | 13 |

«КУРС ЛЕКЦІЙ з дисципліни «Твердотіла електроніка» для студентів спеціальностей 6.090803 «Електронні системи», 6.090802 «Електронні прилади і пристрої», 6.090804 «Фізична і біомедична ...»

-- [ Страница 1 ] --

Міністерство освіти і науки України

Сумський державний університет

КУРС ЛЕКЦІЙ

з дисципліни «Твердотіла електроніка»

для студентів спеціальностей

6.090803 «Електронні системи»,

6.090802 «Електронні прилади і пристрої»,

6.090804 «Фізична і біомедична електроніка»

заочної і денної форм навчання

Суми

Вид-во СумДУ

ПЕРЕДМОВА

Дисципліна "Твердотіла електроніка" є вступним предметом у

циклі промислової електроніки. Детальний розгляд фізичних процесів і напівпровідникових елементах електронних схем і принципів їх списання сприяє розвитку у студентів уміння правильно вибирати ці елементи й режими їх застосування, грамотно експлуатувати напівпровідникову апаратуру. Крім того, дана учбова дисципліна може розглядатись як база до вивчення основ мікроелектроніки і мікросхемотехніки з огляду на аналогію процесів у напівпровідникових інтегральних схемах та дискретних напівпровідникових приладах.

У лекціях даної навчальної дисципліни наведені основні положення фізики напівпровідників і напівпровідникових приладів та їх провідність. Детально розглянуто властивості р-n- переходу та способи його виготовлення.

У наступних параграфах лекцій розглянуті будова, принцип дії та статичні характеристики біполярних транзисторів. Приділено увагу роботі біполярного транзистора у динамічному режимі. Приведені деякі різновиди біполярних транзисторів.

Поданий аналіз фізичних основ роботи польових транзисторів, їх основних характеристик й основ експлуатації в ключовому та підсилювальному режимах.

Розглянуті також різновиди тиристорів, параметри і характеристики напівпровідникових випромінювачів, фотоприймачів і оптопар. Приділено увагу методам розрахунку теплових режимів і роботі приладів разом з охолоджувачем, а також особливостям роботи при послідовно-паралельному з’єднанні приладів.

При викладанні матеріалу в лекціях паредусім розглядаються фізичні процеси в структурі приладу, які є загальними як для інтегральних, так і для дискретних приладів. Потім проводиться параметризація приладів в основних режимах експлуатації.

Використовується також метод порівняння розглянутих класів напівпровідникових приладів з точки зору їх експлуатації в тому чі іншому режимі.

Лекції з дисципліни “Твердотіла електроніка” призначені насамперед для студентів спеціальності 7.090803 “Електронні системи”, однак вони будуть, безперечно, корисними і для спеціальностей: “Автоматика і управління в технічних системах”;

“Фізична електроніка”; “Електронні прилади і пристрої”.

ЛЕКЦІЯ 1

ЕЛЕМЕНТИ ФІЗИКИ НАПІВПРОВІДНИКІВ ТА ЕЛЕКТРОННОДІРКОВИХ ПЕРЕХОДІВ

1.1 Загальні відомості про напівпровідники Напівпровідники (НП) – це речовини, що за своїми електричними властивостями займають проміжне положення між провідниками та діелектриками. Питома електропровідність напівпровідників змінюється в межах 10 8 10 2 см/м, тоді як у металах вона дорівнює 10 3 10 4 см/м, а у діелектриках не перевищує 10 12 см/м.

Основна властивість, що відрізняє напівпровідники від інших матеріалів у електричному відношенні, – це істотна залежність питомої електропровідності від температури, концентрації домішок, світлового та іонізуючого випромінювань.

У провідників електрони на зовнішніх оболонках атомів кристалічної решітки (валентні електрони) слабо зв’язані з ядрами, і вони внаслідок щільного перекриття зовнішніх оболонок сусідніх атомів мають змогу вільно переходити від одного атома до іншого. Це зумовлює високу електропровідність провідників.

У напівпровідниках, на відміну від провідників, валентні електрони беруть участь у ковалентному зв’язку між сусідніми атомами решітки, який здійснюється парою електронів (рисунок 1.1).

Кількість ковалентних зв’язків атома із сусідніми атомами дорівнює валентності.

Чистими (бездомішковими) напівпровідниками є чотиривалентні германій Ge та кремній Si, елементи 4 групи періодичної таблиці. Тому кількість ковалентних пар електронів у атомах цих речовин – 4, як це показано на рисунку 1.1 для германію.

Енергетична діаграма бездомішкового НП показана на рисунку

1.2 для випадку Т=0. Вона ілюструє той факт, що в ході утворення кристалічної решітки між атомами виникає сильна взаємодія, яка приводить до розщеплення енергетичних рівнів у атомі. Кожній орбіті відповідає своє дискретне значення енергії електрона.

Сукупність енергетичних рівнів, що виникають під час зближення атомів, називають енергетичною зоною. Кожна зона містить у собі N підрівнів (N – кількість взаємодіючих атомів у одиниці об’єму). На рисунку 1.2 такі зони (дозволені зони) мають назву: ВЗ – валентна зона – це зона, в якій при Т=0 всі енергетичні рівні заповнені; ЗП – зона провідності – зона, в якій при Т=0 електрони відсутні. Дозволені зони відокремлені Рисунок 1.1 – Схема кристалічної Рисунок 1.2 – Енергетична решітки з ковалентними зв’язками діаграма бездомішкового при абсолютній температурі Т=0 напівпровідника при Т=0 одна від одної забороненою зоною (ЗЗ) – зоною, що утворена енергетичними рівнями, які не можуть бути заповнені електронами атомів даної речовини.

Ширина ЗЗ – це важливий параметр, що визначає електричні властивості твердого тіла. У металів ширина ЗЗ W 0, у напівпровідників – W 3eB, у діелектриків - W 3eB.

Отже, при абсолютній температурі Т=0 в бездомішковому НП всі без винятку електрони беруть участь у ковалентних зв’язках між атомами, вільні носії заряду відсутні (ЗП не заповнена).

1.1.1 Власна електропровідність напівпровідників При збільшенні температури (Т0) деякі валентні електрони отримують енергію, якої вистачає, щоб розірвати ковалентний зв’язок (рисунок 1.3а).

Унаслідок цього у міжатомному зв’язку виникає одиничний заряд – дірка. На енергетичній діаграмі НП це явище супроводжується виникненням вільного енергетичного рівня (рис. 1.3б).

Рисунок 1.3 – Механізм власної провідності НП: а – кристалічна решітка при Т0; б – енергетична діаграма На місце утвореного розриву ковалентного зв’язку (вільний рівень у ВЗ) може перейти електрон із сусідньої ковалентної пари, і тоді відбудеться “заповнення” місця попереднього розриву й утворення дірки у новому місці.

Це рівносильне переміщенню дірки. Таким чином, у чистому бездомішковому НП утворюються вільні носії заряду – електрони і дірки, тобто відбувається генерація вільних носіїв.

Крім збільшення температури, причиною генерації носіїв може бути освітлення напівпровідника. Генерація супроводжується зворотним процесом – рекомбінацією. Рекомбінація – це відновлення ковалентного зв’язку, утворення при зіткненні пари електрон-дірка нейтрального атома.

На енергетичній діаграмі процес рекомбінації відповідає поверненню електрона з ЗП назад до ВЗ. При встановленні теплової рівноваги процеси генерації та рекомбінації компенсують один одного, і при температурі у НП утворюється певна концентрація вільних електронів ni і вільних дірок рі заповнених рівнів у зоні провідності. Ці концентрації можна визначити за формулою

–  –  –

де W – ширина забороненої зони (тобто енергія, яку треба віддати валентному електрону, щоб він став вільним носієм заряду), k=1,38* 10-23Дж/К – стала Больцмана, А – коефіцієнт пропорційності, що залежить від матеріалу напівпровідника (А=5*1019см-3 для германію; А=2*1020см-3 для кремнію).

Індекс у позначеннях власних концентрацій носіїв ni та рі походить від англійського слова intrinsic – притаманний.

Із формули (1.1) випливає, що концентрація носіїв заряду, а отже, і власна електропровідність напівпровідника будуть тим більші, чим більша температура і чим вужча заборонена зона. Для найбільш поширених напівпровідників ширина ЗЗ дорівнює: для германію W=0,72 еВ; для кремнію W=1,12 еВ; для арсеніду галію (GaAs) W=1,41 еВ.

На рисунку 1.3б рівень Wі, збіжний із серединою ЗЗ, - це рівень Фермі. Як відомо з фізики, цей рівень відповідає енергетичному рівню, на якому електрон з’являється з ймовірністю, що дорівнює 0,5.

1.1.2 Домішкова провідність напівпровідників Наявність домішок у структурі напівпровідника істотно змінюють його провідність. Залежно від того, атоми якої хімічної речовини будуть введені в кристал, можна отримати перевагу збиткових електронів або дірок, а також отримати напівпровідник з електронною або дірковою провідністю.


Купить саженцы и черенки винограда

Более 140 сортов столового винограда.


Провідність, яка спричинена присутністю в кристалі напівпровідника домішок із атомів з іншою валентністю, називають домішковою. Домішки, які зумовлюють у напівпровіднику збільшення вільних електронів, називають донорними, а ті, які спричинюють збільшення дірок, – акцепторними.

1.1.2.1 Електронна провідність напівпровідників Цей різновид провідності здійснюється завдяки введенню у 4-валентний НП (германій або кремній) 5-валентних атомів домішок (фосфор Р, сурма Sb, або мишяк As), які називаються донорними домішками (лат. donar – той, що віддає). Схема кристалічної решітки з донорними домішками показана на рисунку 1.4а, відповідна енергетична діаграма – на рисунку 1.4б.

Рисунок 1.4 – Механізм електронної провідності НП: а – схема кристалічної решітки з донорними домішковими атомами; б – енергетична діаграма 5-ти валентний електрон атома домішок, який не бере участі у ковалентних звязках, має дуже незначну ( порівняно з ковалентними електронами) енергію звязку з ядром атома.

Під дією незначної енергії, яку називають енергією активації донорів WД (її величина невелика порівняно з шириною забороненої зони, як показано на енергетичній діаграмі, рисунок 1.4б), електрон стає вільним. Атоми домішок перетворюються на позитивні іони. Ці іони нерухомі, міцно звязані з кристалічною решіткою і не беруть участі у створені електричного струму в НП. Завдяки малій енергії активації (WД=0,16 еВ) для кремнію з домішками, WД=(0,01……0,13) еВ для германію з домішками навіть при кімнатній температурі відбувається повна іонізація 5-валентних атомів, яка супроводжується заповненням зони провідності вільними електронами (рисунок 1.4б). Вільні електрони у ЗП можуть зявлятися і внаслідок дії механізму власної провідності, як у бездомішкових НП.

Але ймовірність цього набагато нижча, ніж імовірність процесу активізації домішок. Тому у ЗП зосереджується набагато більше вільних електронів, ніж є дірок у ВЗ, оскільки іонізація донорного атома не супроводжується утворенням дірки.

Отже, в НП з донорними домішками концентрація вільних електронів набагато перевищує концентрацію дірок. Символічно це записується так: у стані термодинамічної рівноваги nn0pn0, де nn0 – рівноважна концентрація електронів у НП донорного типу (n-типу);

pn0 – рівноважна концентрація дірок у НП (p-типу). Електрони є основними носіями заряду, а дірки – неосновними.

Концентрація електронів у НП n-типу може бути визначена за формулою n n 0 N Д ni, (1.2) де NД – концентрація атомів донорних домішок;

ni – концентрація електронів унаслідок дії власної провідності НП.

Рівень Фермі у донорному НП зміщується у верхню половину ЗЗ. Його положення залежить від концентрації донорів NД (рівень Фермі зі збільшенням NД наближається до ЗП).

1.1.3 Діркова провідність напівпровідників Цей тип провідності здійснюється завдяки введенню у 4-валентний НП 3-валентних атомів гелію Ga або індію In. У домішкових атомів не вистачає одного електрона для створення ковалентного звязку, і нестача може бути компенсована за допомогою електрона, звільненого внаслідок розриву ковалентного звязку у 4-валентному атомі кристалічної решітки. Домішки такого типу називаються акцепторними (лат. acceptor – той, що отримує), бо вони отримують електрони, вирвані з валентної зони. При цьому у ВЗ створюється вільний рівень – дірка (рисунок 1.5а,б).

Оскільки поява дірок у ВЗ для акцепторного НП здебільшого не супроводжується збільшенням числа електронів у ЗП, то дірок у НП стає набагато більше. Дірки у такому НП є основними носіями, електрони, кількість яких у кристалі незначна, є неосновними носіями.

Енергія активації акцепторів WА=(0,04…0,16) еВ для кремнію, WА=(0,01…0,12) еВ для германію. Акцепторний НП називають напівпровідником р-типу.

Концентрацію дірок у акцепторному НП знаходять за формулою p p0 N A p i, (1.3) де NА – концентрація атомів акцепторних домішок;

Рі – власна концентрація дірок, Рі= Nі.

а) б) Рисунок 1.5 – Механізм діркової провідності НП: а – схема кристалічної решітки; б – енергетична діаграма Рівень Фермі в акцепторному НП зміщується у нижню половину ЗЗ, причому його енергетична відстань від ВЗ зменшується зі збільшенням концентрації акцепторів NА.

Існує загальна закономірність для домішкових напівпровідників nn0 p n0 p p0 n p0 ni2. (1.4) З (1.4) можна зробити висновок: введення в НП домішок приводить до збільшення концентрації носіїв заряду одного знака і до пропорційного зменшення концентрації інших носіїв завдяки зростанню ймовірності їх рекомбінації.

1.1.4 Види струмів у напівпровідниках У напівпровідниках розрізняють дрейфовий та дифузійний струми.

Причиною дрейфового струму є дія на НП електричного поля.

Внаслідок зіткнення носіїв, що рухаються під дією електричного поля, з атомами решітки їх рух має уривчастий характер. Цей рух характеризується рухомістю

–  –  –

ЛЕКЦІЯ 2

ЕЛЕКТРОННО-ДІРКОВИЙ ПЕРЕХІД

2.1 Електронно-дірковий перехід та фізичні процеси в ньому 2.1.1 P-n-переходи та способи їх виготовлення Електронно-дірковий перехід між двома областями напівпровідника, одна з яких має електропровідність n-типу, а інша pтипу, називають електронно-дірковим, або p-n переходом (рис. 2.1)

–  –  –

Електронно-дірковий перехід неможливо виготовити простим з’єднанням пластин n- та p-типу, оскільки при цьому не вдається уникнути проміжного шару повітря, окислів або поверхових забруднень.

Ці переходи одержують вправленням або дифузією відповідних домішків у пластини монокристала напівпровідника, а також шляхом зростання p-n-переходу з розплаву напівпровідника з регульованою кількістю домішок.

Електронно-дірковий перехід є представником ширшого класу електронних переходів. Електричний перехід у напівпровіднику

– це тонкий граничний шар між областями єдиного монокристала з різними характеристиками. Переходи створюються між областями напівпровідника з різними типами провідності ( р-n -переходи або електронно-діркові переходи), між областями напівпровідника з електропровідністю одного типу, але з різною концентрацією домішок n - n та p - p -переходи), між областями легованого та ( чистого напівпровідників ( p - i -переходи), між областями напівпровідника з різною шириною забороненої зони (гетеропереходи), між напівпровідником і металом тощо.



Pages:   || 2 | 3 | 4 | 5 |   ...   | 13 |
 
Похожие работы:

«Харківський національний технічний університет сільського господарства імені Петра Василенка МЕТОДИЧНІ РЕКОМЕНДАЦІЇ ДО ВИКОНАННЯ ЛАБОРАТОРНИХ РОБІТ ТА САМОСТІЙНОЇ ТЕОРЕТИЧНОЇ ПІДГОТОВКИ З ТЕХНОЛОГІЇ ВИРОБНИЦТВА ПРОДУКЦІЇ РОСЛИННИЦТВА для студентів інженерних спеціальностей очної та заочної форм навчання Технологія виробництва картоплі” Затверджено на засіданні кафедри фізики, хімії і агрономії Протокол № 7 від 7.04.2011 р. Затверджено на засіданні Методичної ради ННІ ПХВ Протокол №7 від...»

«МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ І НАУКИ, МОЛОДІ ТА СПОРТУ УКРАЇНИ ДЕРЖАВНИЙ ВИЩИЙ НАВЧАЛЬНИЙ ЗАКЛАД «Ужгородський національний університет» А.А. Горват, В.М. Жихарев МОЛЕКУЛЯРНА ФІЗИКА І ТЕРМОДИНАМІКА Лабораторний практикум Навчальний посібник Ужгород Видавництво УжНУ «Говерла» 20 ББК 22.3 Я73 Г–67 УДК 53 (075.8) Горват А.А., Жихарев В.М. Г – 67 Молекулярна фізика і термодинаміка. Лабораторний практикум.– Ужгород: Вид. УжНУ, «Говерла» 2011 – 224 с. У посібнику наведені описи 18 лабораторних робіт...»

«УДК 551.579 (477:292.452:282) Ш-95 АНАЛІЗ ГІДРОМЕТЕОРОЛОГІЧНИХ ПРОЦЕСІВ РІЧКИ ПРУТ В ЛАНДШАФТНО-МОНІТОРИНГОВИХ ДОСЛІДЖЕННЯХ КАРПАТСЬКОГО НАЦІОНАЛЬНОГО ПРИРОДНОГО ПАРКУ П. Шубер, В. Березяк Львівський національний університет імені Івана Франка, вул. Дорошенка 41, м. Львів, 79000 Україна Здійснено аналіз гідрометеорологічних процесів басейну річки Прут. Досліджено динаміку рівня і витрат води Прута за період 2002 – 2008 модельних років. Вивчено зміну найвищого річного рівня і максимальної річної...»

«КИЇВСЬКИЙ НАЦІОНАЛЬНИЙ УНІВЕРСИТЕТ ІМЕНІ ТАРАСА ШЕВЧЕНКА НАВЧАЛЬНИЙ ПОСІБНИК З КУРСУ “Сучасна радіофізика” Частина 1 “Прямі задачі сучасної радіофізики” Київ 2011 УДК 621.391 Рецензент д.ф.-м.н., проф. Обуховський В.В. Голобородько А. О., Курашов В.Н. Конспект лекцій з курсу “Сучасна радіофізика” Частина 1 “Прямі задачі сучасної радіофізики”. Розглянуті різні системи представлення і опису сигналів, а також характеристики систем їх обробки. Показані оптимальні методи представлення детермінованих...»

«Управління освіти Світловодського міськвиконкому Міський Методичний кабінет Перспективний план роботи міського методичного кабінету на 2011 – 2013 роки І.Вступ Впродовж 2007 – 2010 років міський методичний кабінет працював над реалізацією проблеми «Впровадження принципів компетентнісної освіти в навчально-виховний процес на основі підвищення кваліфікації педкадрів. Вдосконалення самореалізації педкадрів засобами методичної роботи». З питань реалізації даної проблеми працювала творча група в...»

«МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ І НАУКИ, МОЛОДІ ТА СПОРТУ УКРАЇНИ НАЦІОНАЛЬНИЙ ТЕХНІЧНИЙ УНІВЕРСИТЕТ УКРАЇНИ «КИЇВСЬКИЙ ПОЛІТЕХНІЧНИЙ ІНСТИТУТ» ТЕОРЕТИЧНІ ОСНОВИ ІНЖЕНЕРІЇ ПОВЕРХНІ методичні вказівки до вивчення курсу для студентів денної форми навчання за напрямом 6.050504 «зварювання», спеціальності «Відновлення та підвищення зносостійкості деталей та конструкцій» Затверджено Вченою радою ЗФ НТУУ «КПІ» Київ -2012 Теоретичні основи інженерії поверхні: Методичні вказівки до вивчення курсу для студентів...»

«НАЦІОНАЛЬНИЙ ПЕДАГОГІЧНИЙ УНІВЕРСИТЕТ імені М.П.ДРАГОМАНОВА ПЕЛАГЕЙЧЕНКО МИКОЛА ЛЕОНІДОВИЧ УДК 378.016: 372.833.1 ПІДГОТОВКА МАЙБУТНІХ УЧИТЕЛІВ ТРУДОВОГО НАВЧАННЯ ДО ОРГАНІЗАЦІЇ ПРОЕКТНОЇ ДІЯЛЬНОСТІ УЧНІВ ОСНОВНОЇ ШКОЛИ 13.00.02 – теорія і методика трудового навчання АВТОРЕФЕРАТ дисертації на здобуття наукового ступеня кандидата педагогічних наук Київ 2006 Дисертацією є рукопис. Роботу виконано в Бердянському державному педагогічному університеті, Міністерство освіти і науки України. Науковий...»

«Міністерство освіти і науки України Міжнародний економіко-гуманітарний університет Імені академіка Степана Дем’янчука Р.М. Літнарович ОСНОВИ МАТЕМАТИКИ Дослідження результатів психологічного експерименту дробово– лінійною функцією Навчальний посібник для студентів Педагогічного факультету Частина 8 „Рівне 2006” Літнарович Р.М. Основи математики. Літнарович Руслан Миколайович Дослідження результатів психологічного доцент, кандидат технічних наук експерименту дробово–лінійною функцією. Навчальний...»

«МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ І НАУКИ, МОЛОДІ ТА СПОРТУ УКРАЇНИ СУМСЬКИЙ ДЕРЖАВНИЙ УНІВЕРСИТЕТ Л.В.Однодворець МЕТОДИЧНІ ВКАЗІВКИ ДО САМОСТІЙНОЇ РОБОТИ з дисципліни «Основи мікроелектроніки» для студентів спеціальності 7.05080201 і 8.05080201 «Електронні прилади і пристрої» Суми 2010 Методичні вказівки до самостійної роботи з дисципліни «Основи мікроелектроніки» для студентів спеціальності 7.05080201, 8.05080201 «Електронні прилади і пристрої»/ Укладач: Л.В.Однодворець. – Суми: СумДУ, 2010. – 29 с....»

«ДЕРЖАВНА САНІТАРНО – ЕПІДЕМІОЛОГІЧНА СЛУЖБА УКРАЇНИ МЕТОДИЧНІ ВКАЗІВКИ щодо застосування засобу «Антихлор» з метою дезінфекції, передстерилізаційного очищення та стерилізації виробів медичного призначення Київ2013 р. Організація – розробник: ДУ « Інститут медицини праці НАМН України». Методичні вказівки призначені для закладів охорони здоровя та інших організацій, які виконують роботи з проведення дезінфекції. Місцевим органам охорони здоровя дозволяється тиражування цих методичних вказівок в...»




Продажа зелёных и сухих саженцев столовых сортов Винограда (по Украине)
Тел.: (050)697-98-00, (067)176-69-25, (063)846-28-10
Розовые сорта
Белые сорта
Чёрные сорта
Вегетирующие зелёные саженцы


 
2013 www.uk.x-pdf.ru - «Безкоштовна електронна бібліотека»