Материал: Первый билет
Внимание! Если размещение файла нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам
Пятый билет
5. Диффузионный и дрейфовый ток
Дрейфовым током называется ток, обусловленный движением носителей
заряда под действием электрического поля. В общем случае дрейфовый ток может иметь электронную и дырочную составляющие.
Направленное движение носителей заряда может быть также результатом диффузии. Если происходит диффузия заряженных частиц, наблюдается
направленное перемещение зарядов, т.е. возникает диффузионный ток.
Диффузионный ток невозможен в однородной среде, концентрация подвижных зарядов в которой везде одинакова, а также при нулевой абсолютной температуре.
Плотности электронного и дырочного диффузионного токов, обусловленных диффузией свободных электронов и дырок: Jдф.n=qDndn/dx
Jдф.p=-qDpdp/dx
где Dnи Dp– коэффициенты диффузии свободных электронов и дырок;
dn/dxи dp/dx– градиенты концентрации свободных электронов и дырок.
Коэффициенты диффузии, как и коэффициенты подвижности,
характеризуют среднюю скорость движения свободных электронов и дырок.
Она зависит от количества столкновений электронов с атомами
кристаллической решётки, а также от температуры, поскольку с ростом температуры растет скорость хаотического теплового движения. Поэтому коэффициент диффузии пропорционален коэффициенту
подвижности и
температуре:
D=μkT/q
где k– постоянная Больцмана; T– абсолютная температура.
Градиент концентрации – это вектор, величина которого равна скорости
увеличения или уменьшения концентрации в некотором направлении. В общем случае он указывает направление наискорейшего увеличения концентрации или наискорейшего её уменьшения (антиградиент). В формулах Jдф.n= qDndn/dxи Jдф.p= - qDpdp/dx используются одномерные градиенты, учитывающие изменение концентрации в главном
направлении x.
На рисунке изображен образец полупроводника, в левой части p+ которого концентрация дырок больше, чем в правой части р.
Ниже построены зависимости концентрации и градиента концентрации
дырок от координаты x. В переходной области будет происходить диффузия дырок слева направо. В глубине областей, где полупроводник однороден, диффузии не будет. Дырки в образце движутся вдоль положительного направления x. Согласно Jдф.p=- qDpdp/dx, отрицательный градиент образца
дал бы отрицательное значение плотности тока и току, если бы это выражение не имело отрицательный знак.
Биполярный транзистор является электронным элементом с
температуре:
D=μkT/q
где k– постоянная Больцмана; T– абсолютная температура.
Градиент концентрации – это вектор, величина которого равна скорости
увеличения или уменьшения концентрации в некотором направлении. В общем случае он указывает направление наискорейшего увеличения концентрации или наискорейшего её уменьшения (антиградиент). В формулах Jдф.n= qDndn/dxи Jдф.p= - qDpdp/dx используются одномерные градиенты, учитывающие изменение концентрации в главном
направлении x.
На рисунке изображен образец полупроводника, в левой части p+ которого концентрация дырок больше, чем в правой части р.
Ниже построены зависимости концентрации и градиента концентрации
дырок от координаты x. В переходной области будет происходить диффузия дырок слева направо. В глубине областей, где полупроводник однороден, диффузии не будет. Дырки в образце движутся вдоль положительного направления x. Согласно Jдф.p=- qDpdp/dx, отрицательный градиент образца
дал бы отрицательное значение плотности тока и току, если бы это выражение не имело отрицательный знак.
20. Биполярный транзистор. Схемы включения. Режимы
Биполярный транзистор является электронным элементом с
двумя р-n переходами.
Здесь изображён БТ со структурой n+–р–n, хотя возможна, но менее
распространена p+–n -p структура. В работе таких БТ принципиальных
отличий нет. Области БТ получили следующие названия: n+ – эмиттер (область, “испускающая” носители); р – база и n (область справа) –
коллектор (т.е. область, “собирающая” носители).
Каждая область снабжена омическими контактами металл-полупроводник, служащими для подключения к внешним цепям. Названия внешних контактов такие же, как у областей – эмиттер, база, коллектор. P-n
переход между эмиттером и базой получил название эмиттерный переход, между базой и коллектором – коллекторный переход.
Важнейшимиособенностямиконструкцииявляются:
Только при соблюдении перечисленных условий БТ способен проявлять свои главные свойства: усиливать электрические сигналы, а также работать в качестве ключа.
Возможнычетырережима БТ:
Здесь изображён БТ со структурой n+–р–n, хотя возможна, но менее
распространена p+–n -p структура. В работе таких БТ принципиальных
отличий нет. Области БТ получили следующие названия: n+ – эмиттер (область, “испускающая” носители); р – база и n (область справа) –
коллектор (т.е. область, “собирающая” носители).
Каждая область снабжена омическими контактами металл-полупроводник, служащими для подключения к внешним цепям. Названия внешних контактов такие же, как у областей – эмиттер, база, коллектор. P-n
переход между эмиттером и базой получил название эмиттерный переход, между базой и коллектором – коллекторный переход.
Важнейшимиособенностямиконструкцииявляются:
-
малая толщина базы, не более 0,5 мкм; -
малая концентрация примеси в базе, порядка 1016 см-3; -
большая концентрация примеси в эмиттере, до 1020 см-3.
Только при соблюдении перечисленных условий БТ способен проявлять свои главные свойства: усиливать электрические сигналы, а также работать в качестве ключа.
Возможнычетырережима БТ:
-
ЭП открыт, КП закрыт - активный, или усилительный режим. Единственный режим, в котором возможно неискажённое усиление сигналов; -
ЭП закрыт, КП закрыт – режим отсечки. Используется в ключе, закрытое состояние ключа; -
ЭП открыт, КП открыт – режим насыщения. Используется в ключе, открытое состояние ключа; -
ЭП закрыт, КП открыт – инверсный режим, обратный по отношению к активному режиму. Не используется, как не эффективный.
Биполярныйтранзистор в схемесобщейбазой
Здесь база – общий электрод для входной и выходной цепи, ток которого является алгебраической суммой контурных входного и выходного токов.
В открытом ЭП, благодаря прямому напряжению, снижаются ϕк и
потенциальный барьер и поэтому протекает большой диффузионный ток основных носителей Iэ. При этом Iэ имеет электронную Iэn и дырочную Iэp составляющие. Так как концентрация свободных электронов в эмиттере на несколько порядков больше, чем дырок в базе, Iэn >> Iэp. Поэтому в ЭП
наблюдается практически односторонний диффузионный ток свободных электронов в базу, так называемая инжекция.
Свободные электроны в базе являются неосновными носителями. Их
больше вблизи ЭП, откуда они поступают, поэтому в базе возникает градиент концентрации dn/dw и неосновные носители диффундируют к КП. КП заперт
напряжением Uкб, поэтому его электрическое поле для неосновных носителей – ускоряющее. Благодаря этому они извлекаются из базы в коллектор (экстракция). Появляется полезный выходной ток Iк.
Так как база тонкая и слаболегированная, при продвижении неосновных
носителей через базу только небольшая их часть рекомбинирует с основными носителями базы (не более 1...2%). В противном случае наблюдалось бы
значительное уменьшение выходного тока Iк.
Рекомбинация в базе несколько уменьшает концентрацию её основных
носителей — дырок. Электрическая нейтральность базы нарушается, в ней
образуется отрицательный заряд некомпенсированных ионов акцепторной
примеси. Этот заряд создаёт так называемый рекомбинационный ток в выводе базы Iб рек. Еще одна составляющая тока базы легко обнаруживается при
разорванной цепи эмиттера. Тока в ЭП и инжекции при этом нет. В КП протекает небольшой по величине обратный ток коллектора Iкб0, создаваемый обратным напряжением Uкб.
Биполярныйтранзистор всхемесобщимэмиттером
При таком включении входным, управляющим током является самый
маленький ток БТ – ток базы Iб, составляющий обычно 1...2 % от токов Iэ и Iк. Поэтому усиление по току достигает десятков – сотен раз, а усиление по мощности максимально.
Устройство МДП-транзистора
МДП-структура содержит металлический слой, слой диэлектрика и слой
полупроводника. Если используется самый распространённый полупроводник – кремний, то диэлектрик, как правило, двуокись кремния
SiO2. Такой диэлектрик на поверхности кремния легко создаётся путём его окисления. Диэлектрический слой всегда очень тонкий, что обеспечивает
проникновение электрического поля в полупроводник при подаче на структуру внешнего напряжения Uвн. Полупроводник может быть как n, так и p типа. МДП-структура дополнена двумя снабженными металлическими
контактами «островками» n+ -типа, между которыми может возникать канал n-типа. Эти области называют
примеси. Этот заряд создаёт так называемый рекомбинационный ток в выводе базы Iб рек. Еще одна составляющая тока базы легко обнаруживается при
разорванной цепи эмиттера. Тока в ЭП и инжекции при этом нет. В КП протекает небольшой по величине обратный ток коллектора Iкб0, создаваемый обратным напряжением Uкб.
Биполярныйтранзистор всхемесобщимэмиттером
При таком включении входным, управляющим током является самый
маленький ток БТ – ток базы Iб, составляющий обычно 1...2 % от токов Iэ и Iк. Поэтому усиление по току достигает десятков – сотен раз, а усиление по мощности максимально.
35. Устройство и изготовление интегрального МДП транзистора.
Устройство МДП-транзистора
МДП-структура содержит металлический слой, слой диэлектрика и слой
полупроводника. Если используется самый распространённый полупроводник – кремний, то диэлектрик, как правило, двуокись кремния
SiO2. Такой диэлектрик на поверхности кремния легко создаётся путём его окисления. Диэлектрический слой всегда очень тонкий, что обеспечивает
проникновение электрического поля в полупроводник при подаче на структуру внешнего напряжения Uвн. Полупроводник может быть как n, так и p типа. МДП-структура дополнена двумя снабженными металлическими
контактами «островками» n+ -типа, между которыми может возникать канал n-типа. Эти области называют
Источник: https://tut-files.ru/previewfile/112313