Л5 полупр приборы

1.

ФТТ
Кафедра физики
Полупроводниковые приборы
Лекционная презентация
Ф.А. Сидоренко
Научный редактор – профессор,
доктор физико-математических наук
А.А. Повзнер
Екатеринбург, 2022

2. Цель

Рассмотреть принцип действия простейших полупроводниковых
приборов.
Термистор (позистор)
Полупроводниковый диод и туннельный диод
Транзистор
Вспомним элементарные зонные схемы для полупроводников
Полупроводниковые приборы
2

3.

СОБСТВЕННАЯ ПРОВОДИМОСТЬ
Электронно-дырочные пары
Зона проводимости
Запрещенная
зона
Е
nn=np
Электронно-дырочная
проводимость
Валентная зона
Т>0 К
3
Полупроводники

4.

ПРИМЕСНАЯ ПРОВОДИМОСТЬ (донорная)
Зона
проводимости
Ed
Ed - донорный уровень
Е – ширина запрещенной зоны
Валентная зона
Ed 0,01 эВ
Полупроводники
Т=0К
4

5.

ПРИМЕСНАЯ ПРОВОДИМОСТЬ
Энергетическая схема. Акцепторы
Зона
проводимости
Е – ширина запрещенной зоны
Ea
Ea - Акцепторный уровень
Валентная зона
Ea 0,01 эВ
Полупроводники
Т=0К
5

6. Термистор (терморезистор). Позистор

Терморези́стор — полупроводниковый прибор,
электрическое сопротивление которого изменяется в
зависимости от его температуры. Терморезистор был
изобретён Самюэлем Рубеном в 1930
году. Википедия
(ТКС < 0)
Позистор – прибор аналогичного
назначения, но с положительным ТКС
http://electricalschool.info/electronica/1707-chto-takoe-termistor-i-pozistor.html
Полупроводниковые приборы
6

7. Термистор (терморезистор). Позистор

• Терморезисторы в целом можно классифицировать на:
• Низкотемпературного класса (рабочая температура ниже 170 К);
• Среднетемпературного класса (рабочая температура от 170 К до
510 К);
• Высокотемпературного класса (рабочая температура от 570 К и
выше);
• Отдельный класс высокотемпературных (рабочая температура от
900 К до 1300 К).
Источник: https://intellect.icu/termorezistor-bolometr-i-pozistor-printsip-raboty-primenenie-556
Полупроводниковые приборы
7

8. Термистор (терморезистор). Позистор

• Непосредственно основной резистивный элемент получают посредством
порошковой металлургии, обрабатывая халькогениды, галогениды и оксиды
определенных металлов, придавая им различные формы, например форму
дисков или стержней различных размеров, больших шайб, средних трубок,
тонких пластинок, маленьких бусинок, размерами от единиц микрон до
десятков миллиметров.
• Материалами для терморезисторов сегодня служат: смеси
поликристаллических оксидов переходных металлов, таких как кобальт,
марганец, медь и никель, соединений AIIIBV-типа, а также легированных,
стеклообразных полупроводников, таких как кремний и германий, и
некоторых других веществ. Примечательны позисторы из твердых растворов
на базе титаната бария.
Источник: https://intellect.icu/termorezistor-bolometr-i-pozistor-printsip-raboty-primenenie-556
Полупроводниковые приборы
8

9.

p - n – переход (обратное включение)
K
p
n
Контактное поле
e
n
K
p
U
Обратный ток
K
I 0
но I 0 за счет неосновных
носителей заряда
(запирающееПолупроводниковые
)
приборы
9

10.

n
p - n – переход (прямое включение)
K
p
K
0 за счет
основных
носителей
заряда.
e
n
Прямой ток
p
U
Обратный ток
I пр
I обр
K
(пропускное)Полупроводниковые приборы
1000
Односторонняя
(вентильная)
проводимость
10

11.

Полупроводниковый диод и транзистор
р – n – переход (электронно – дырочный переход) – это узкая
область контакта двух полупроводников различных типов
In - акцепторная примесь
Кристалл Ge n типа
In - акцепторная примесь
Кристалл Ge p типа
Кристалл Ge - n - типа
T (500 С )
Полупроводниковые приборы
11

12. Туннельный диод (устройство)

Отличается от обычного пп диода высокой
концентрацией донорных и акцепторных
примесей (до 1019 см-3 ).
Область p-n перехода оказывается более узкой
по сравнению с обычным диодом и выполняет
функцию туннельного барьера
Обозначение на схемах
https://www.radioelementy.ru/upload/medialibrary/fc8/fc861
b4b9c39ba6f890b9f2e9e61a16c.jpg
Полупроводниковые приборы
12

13. Туннельный диод (устройство)

https://www.radioelementy.ru/upload/medialibrary/fc8/fc861
b4b9c39ba6f890b9f2e9e61a16c.jpg
Полупроводниковые приборы
13

14. Туннельный диод (ВАХ)

https://www.google.com/url?sa=i&url=https%3A%2F%2Fru.wikipedia.org%2Fwiki%2F%25D0%25A2%25D1%2583%25D0%25BD%25D0%25BD%25D0%25B5%25D0%25BB%25D1%2
58C%25D0%25BD%25D1%258B%25D0%25B9_%25D0%25B4%25D0%25B8%25D0%25BE%25D0%25B4&psig=AOvVaw1Da_W5AEwoVajyS2adCIhA&ust=1664686796832000&sourc
e=images&cd=vfe&ved=0CAwQjRxqFwoTCICR4qSgvvoCFQAAAAAdAAAAABAT
Полупроводниковые приборы
14

15. Туннельный диод (ВАХ)

Такой диод хорошо проводит ток как в
прямом, так и обратном направлении
В обычных условиях туннельные диоды работают в
области своего отрицательного сопротивления. В
данной
области
незначительное
уменьшение
напряжения включает этот прибор, а небольшое
повышение — выключает его. В качестве такого
своеобразного выключателя туннельный диод может
использоваться либо как генератор, либо как
высокоскоростной
выключатель:
специфическая
особенность
прибора,
низкое
сопротивление,
позволяет почти мгновенно изменять внутреннее
сопротивление. Туннельные диоды могут также
использоваться в качестве усилителей, где изменения в
подаваемом напряжении в сторону повышения,
вызывают пропорционально более значительные
изменения тока в цепи
Полупроводниковые приборы
15

16. p-n-p Переход. Биполярный транзистор Схема включения – общая база

коллектор
эмиттер
n p
p
Выход
Вход
~
база
Усиливаемый сигнал вызывает переход На выходном сопротивлении
напряжение минимальное, т.к.
дырок из эмиттера в область база-коллектор.
напряжение питания падает на
Сопротивление n-p перехода значительно
n-p переходе
уменьшается, и на выходе появляется
усиленный сигнал
Полупроводниковые приборы
16

17. Полевой транзистор

Основной ток (от истока к стоку) регулируется
напряжением на затворе
Полупроводниковые приборы
17

18. Тиристор

• Тири́стор — полупроводниковый прибор, выполненный на
основе монокристалла полупроводника с тремя или более p-nпереходами и имеющий два устойчивых состояния:
• «закрытое» состояние — состояние низкой проводимости;
• «открытое» состояние — состояние высокой проводимости
https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/6/62/SCR_symbol_ru.svg/300px-SCR_symbol_ru.svg.png
Полупроводниковые приборы
18

19. Тиристор

Схемы тиристоров разного
назначения
https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/6/62/SCR_symbol_ru.svg/300px-SCR_symbol_ru.svg.png
Полупроводниковые приборы
19

20. Контрольный вопрос

Во сколько раз изменится сила тока на начальном участке ВАХ
позистора при увеличении напряжения в два раза?
Лекция закончена. Спасибо за работу!
Полупроводниковые приборы
20