Тема 1. Фізичні основи роботи напівпровідникових приладів

1. Тема1 ФІЗИЧНІ ОСНОВИ РОБОТИ НАПІВПРОВІДНИКОВИХ ПРИЛАДІВ

2. 1.1. Фізичні процеси в твердих тілах

(а),
(б)
(в)
Схема рівнів енергії електронів для металу (а),
діелектрика (б) та напівпровідника (в)
Ковалентний зв'язок
між атомами германiю
Площинна схема кристалічної
гратки германію

3. 1.2. Власна електронна і діркова електропровідність. Струм дрейфу

Виникнення пари
електрон-дірка
I др I п.др I р.др .
Vn n .E
n Vn / E.
Енергетична структура
напівпровідника
J др J п-пр J p-пр .
J n.дд ni qeVn ,
J n.др ni qe n E.
для германію
n = 3600 і p=1820(см2/В c),
а для кремнію µn=1300 і µp = 460 (см2/В c).

4. 1.3 Домішкова електропровідність

1.3 Домішкова електропровідність
а)
Виникнення домішкової
електронної
електропровідності
n nn q e n
p p p qe p
б)
Струм в напівпровідниках з електронною (а)
і дірковою (б) електропровідністю

5. 1.4 Дифузія носіїя заряду в напівпровідниках

J n.диф qe Dn n / x
J n.диф qe D p p / x ,
Ln n Dn
Lp Dp

6. 1.5 Фізичні основи роботи електронно-діркового переходу (р-п переходу)

1.5 Фізичні основи роботи електронно-діркового переходу
ідр +ідиф= 0
(р-п переходу)
Ерез=Евн+Езн
φрез= φк+ Uзн.
ізв= ідр- ідиф.
Ерез=Евн-Езн.
φрез= φк - Uзн
Іпр=Ідиф –Ідр
I I 0 (e
qU
kT
T
1)
I I 0 (e
qU
kT
Зворотне вимикання
kT р-п переходу
q
1)

7.

І пр , мА
Ge
Si
T2 T1
8,0
7,0
6,0
T2
T2
T1
T1
5,0
4,0
3,0
2,0
1,0
U пр , B
0
0,1
Теоретична ВАХ
р-n переходу
0,2
0,3
0,4
0,5
0,6
0,7
0,8
Вольт-амперні характеристики
ідеалізованих германієвого (Ge)
і кремнієвого (Si) діодів

8.

Іпр
U / T
I I 0 exp U
/ T
I пр rб
4,0
0
2,0
І0
Омічна
ділянка
Ділянка
виродження
Ів
T
6,0
Uк
ІG
Uпр
Пряма вольт-амперна характеристика
реального напівпровідникового діода
U пр U к I пр rб .
rд n p dU пр / dI пр T / I пр .
І зв
Зворотна ділянка
вольт-амперної
характеристика
реального
напівпровідникового діода

9.

U зв
U зв
40
UT
0
А
80
I / I0
Зворотна ділянка вольт-амперної
характеристики діода в режимі
лавинного або тунельного пробою
Iзв
Зворотна ділянка вольт-амперної
характеристики
діода в режимі теплового пробою
U t .проб 3 / Т Rt I зв

10. 1.6 Ємності n- р - переходу

1.6 Ємності n- р - переходу
Rн
R
L
Cбар
CB
Залежність бар'єрної ємності
від зворотної напруги
Сбар = Qзв/Uзв,
Сбар =ΔQзв/ΔUзв
Cбар Со / 1 u T
Cдиф i T
Cдиф
Схема заміщення
напівпровідникового діода

11. ТЕМА2. НАПІВПРОВІДНИКОВІ ПРИЛАДИ 2.1. Класифікація напівпровідникових приладів(НП)

ТЕМА2. НАПІВПРОВІДНИКОВІ ПРИЛАДИ
2.1. Класифікація напівпровідникових
приладів(НП)
НП прилади поділяються на такі групи:
1. НП резистори;
2. НП конденсатори;
3. НП індуктивності;
4. НП діоди;
5. біполярні транзистори;
6. уніполярні (польові) транзистори;
7. тиристори;
8. інтегральні мікросхеми.

12. 2.2. Напівпровідникові резистори

Rст U dU
:
const
Rд
I dI
Rт=kе β/Т
Конструкція (а) і залежність R=f(ф)
для фоторезистора (б)

13. 2.3 Напівпровідникові діоди 2.3.1 Загальна класифікація НП діодів

2.3 Напівпровідникові діоди
2.3.1 Загальна класифікація НП діодів
Усі напівпровідникові діоди можна поділити на дві групи:
загального та спеціального призначення.
Типи напівпровідникових діодів:
•випрямні,
•високочастотні,
•імпульсні,
•стабілітрони,
•варикапи,
•тунельні.

14.

15. 2.3.4 Напівпровідникові випрямні діоди

2.3.4 Напівпровідникові випрямні діоди
а
б

16. 2.3.2 Напівпровідникові стабілітрони

2.3.2 Напівпровідникові
стабілітрони
.
Основними параметрами стабілітрона є
напруга стабілізації Uст,
мінімальний струм стабілізаціїІст.мін
максимальний струм стабілізації Іст.макс.
динамічний опір,
U ст
RД
І ст

17. 2.3.5 Варикапи

2.3.5 Варикапи
До основних паpаметрів варикапа належать:
•мінімальна та максимальна ємності Сmin і Сmax;
•коефіцієнт перекриття ємності kc=Cmax/Cmin,
•добротність Qв.

18. 2.3.6 Тунельні діоди

До основних параметрів тунельних діодів належать:
– піковий струм Iп
– прямий струм у точці максимуму вольт-амперної характеристики;
– напруга піка Uп – пряма напруга, яка відповідає піковому струмові;
– напруга западини Uв – пряма напруга, яка відповідає мінімальному
струмові;
– напруга розкривання Uрр – пряма напруга на другій зростаючій
гілці при струмі, який дорівнює піковому;
– ємність Cд – сумарна ємність, виміряна між виводами діода.

19. 2.3.7 Фото та світлодіоди