РАБОТА ППП ОСНОВАНА НА ЯВЛЕНИЯХ ПРИМЕСНОЙ ЭЛЕКТРОПРОВОДНОСТИ

ЭСТН (ОЭСТ)

Дәріс №1

ЭЛЕКТРОНДЫҚ ҚҰРАЛДАР (ЭҚ)

ЭЛЕКТРОННЫЕ ПРИБОРЫ (ЭП)

1. Дәрістің қысқаша мазмұны

Краткое содержание лекции

Электрондық құралдар –жартылай өткізгіштегі, вакуумдағы және газдағы электрлік құбылыстарды пайдалануға негізделген жабдық.

ЭЛЕКТРОННЫЕ ПРИБОРЫ - устройства, действия которых связаны с использованием электрических явлений в полупроводниках (ПП), вакууме или газе.

Электрондық құралдарды жіктеу:

Классификация электронных приборов:

ЭҚ активті, олар электрлік сигналдарды қуат бойынша күшейтеді, олардың формаларын өзгертеді, бір түрлі энергияны басқа түрге түрлендіреді. ЭҚ – транзисторлар (VT), диодтар (VД), лампылар және тағы басқалар.

Пассивті элементтер – резисторлар, конденсаторлар, индуктивтер.

ЭП являются активными приборами, т.к. усиливают электрические сигналы по мощно­сти, изменяют его форму, преобразуют один вид энергии в другой. ЭП - транзисто­ры (VT), диоды (VД), лампы и т.д.

Пассивные элементы - резисторы, конденсаторы, индуктивно­сти.

ПОЛУПРОВОДНИКОВЫЕ ПРИБОРЫ

Структура атома кремния (рис.3)

где Q⁺ - заряд ядра; Q^- - зарядов электро­нов атома.

Энергетическая диаграмма полупроводника (рис. 4).

ВЗ - валентная зона - совокупность энергетиче­ских уровней валентных электронов; ЗП - зона проводимости - совокупность энерге­тических уровней свободных электронов; 33 - запрещенная зона - совокупность энергети­ческих уровней, которыми не могут обладать электроны данного вещества.

[I, с 9-134; 3, с. 6-7; 5, с. 23-25] Собственный полупроводник

ЭЛЕКТРОПРОВОДНОСТЬ ПОЛУПРОВОДНИКОВ

Собственный ПП - химически чистый ПП.

Ge, Si - в валентной зоне атома по 4 электрона (рис. 3).

Плоскостное изображение кристаллической ре­шетки представлено на рис. 5. -ширина 33,

минимальная энергия иониза­ции ПП: Ge = 0,72 эB; Si = I,I2 эВ (рис. 6).

Особенность ПП - два типа носителей зарядов (НЗ):

• свободные электроны -„n" q^- в ЗП;
• дырки - "p" - не занятые электронами энер­гетические уровни в ВЗ q+.

ГЕНЕРАЦИЯ- процесс образования пары НЗ (электрон-дырка).

РЕКОМБИНАЦИЯ - процесс исчезновения этой пары. n_i pi - концентрация электронов и дырок в собственном ПП (рис. 6). [I, с. 14-17; 3, с. 26]

РАБОТА ППП ОСНОВАНА НА ЯВЛЕНИЯХ ПРИМЕСНОЙ ЭЛЕКТРОПРОВОДНОСТИ

Примесный ПП - это ПП - в который введены приме­си для повышения электропроводности.

ОН - основные носители заряда, концентрация ко­торых преобладает в данном ПП.

НН - неосновные носители заряда, концентрация которых на несколько порядков ниже ОН. p n

Донорная примесь –

пятивалентные элементы (фосфор, сурьма, мышьяк). Атомы примеси, взаимодействуя с атомами ПП, образует ковалентные связи с четырьмя соседними атомами ПП (рис. 7,8). Пятый валент­ный электрон примеси слабо связан с узлом. Под действием тепловых колебаний он отрывается от ядра и становится электроном проводимости. Остав­шийся в узле пятивалентный атом мышьяка превращается в неподвижный положи­тельный ион. Концентрация электронов проводимости в кристалле резко возрастает, электропроводность имеет электронный характер. ПП становится полупроводником n-типа. ОН – электроны, НН – дырки.

Акцепторная примесь –

трехвалентные элементы (индий, алюминий, бор). Атомы примеси, взаимодействуя с атомами ПП, образует ковалентные связи с тремя соседними атомами ПП (рис. 9,10). Недостаю­щий валентный электрон захватывается атомом примеси у сосед­него атома ПП. Примесь превращается в неподвижный отрицательный ион, а у соседнего четырехвалентного атома, потерявшего валентный электрон, возникает дырка. Концентрация дырок резко возрастает, электропроводность имеет дырочный характер. ПП становится полупроводником р-типа. ОН – дырки, НН – электроны.

Контрольные вопросы

1. Какие материалы используются для изготовле­ния полупроводниковых приборов?

2. Нарисуйте и подпишите энергетическую диаграмму ПП р-типа.

3. Нарисуйте и подпишите энергетическую диаграмму ПП n –типа.

4. Какие НЗ являются ОН в ПП р-типа ?

5. Как называется процесс образования пары электрон-дырка собственного ПП?

6. Как называется процесс исчезновения пары электрон-дырка?

7. Какие НЗ являются основными в ПП n -типа?

Задание на СРС

1. Конспект Диффузионный ток в ПП [ОЛ6.2] стр 15.

Задание на СРСП

1. Письменно пояснить разницу между дрейфовым током и диффузионным.

Глоссарий

ЛЕКЦИЯ №2

ЭЛЕКТРОННО – ДЫРОЧНЫЙ ПЕРЕХОД (p-n переход)

Краткое содержание лекции

Рабочими элементами многих ППП являются р - n переходы.

p-n переход - электрический переход между дву­мя областями ПП, одна из которых имеет электро­проводность n -типа, а другая р-типа,

В ПП два вида токов: диффузионный(Iдиф) и дрейфовый ( Iдр)

Iдиф - ток, протекающий под действием различия концентрации НЗ в объеме, в направлении ее убы­вания.

Iдр -ток, протекающий в ПП под действием электрического поля.

ТРИ СОСТОЯНИЯ p-n перехода

· РАВНОВЕСНОЕсостояние р-n перехода - состояние при отсутствии внешнего напряжения (рис.1)

Процессы в р-n переходе:

За счет разной концентрации ОН возникает Iдиф.

В приконтактной области происходит рекомбинация носителей заряда и возникает запирающий слой обедненный носителями заряда – запирающий ( ), он имеет большое сопротивление.

За счет рекомбинации в приконтактной области возникает слой нескомпенсированных зарядов (неподвижных ионов примеси), т.е. создается внутреннее электрическое поле Ек и разность потенциалов (рис.2), оно препятствует Iдиф (ОН) ивызывает встречный ему Iдр (НН).

· ПРЯМОЕ ВКЛЮЧЕНИЕ р-nперехода (рис. 3,4),

при этом к Р-области подключается(+) внешнего напряжения, а к n – (-).

Поля Ек и Еист направлены встречно, происходит понижение по­тенциального барьера, Iдиф увеличивается. Запирающий слой сужается, сопротивление уменьшается.

· ОБРАТНОЕ ВКЛЮЧЕНИЕ р-nперехода (рис.5,6 )

при этом к Р-области подключается(-) внешнего напряжения, а к n – (+).

Поля Ек и Еист имеют одинаковое направление, происходит повышение по­тенциального барьера, Iдиф уменьшается. Запирающий слой расширяется, сопротивление увеличивается.

Сопротивление р-nперехода определяется сопротивлением запирающего слоя. Запирающий слой - слой, обедненный подвижны­ми НЗ