Электроника
п/п приборы
п/п -материал ,удельная проводимость которого сильно зависит от внешних факторов –кол-ва примесей, температуры, внешнего эл.поля, излучения, свет, деформация
Достоинства: выс. надежность, большой срок службы, экономичность, дешевизна.
Недостатки: зависимость от температуры, чувствительность к ионизирован излучению.
Основы зонной теории проводимости
Согласно квантовой теории строения вещества энергия электрона может принимать только дискретные значения энергии. Он движется строго по опред орбите вокруг ядра.
Не в возбужденном состоянии при Т=0К , электроны движутся по ближаишей к ядру орбите. В твердом теле атомы ближе друг к другуÞ электронное облако перекрываетсяÞ смещение энергетических уровнейÞ образуются целые зоны уровней.
Е
Разрешенная
Запрещенная зона
d
1)Разрешенная зона кт при Т=0К заполненная электронами наз – заполненной.
2)верхняя заполненная зона наз – валентной.
3)разрешенная зона при Т=0К где нет электронов наз – свободной.
4)свободная зона где могут находиться возмущенные электроны наз зоной эквивалентности.
Проводимость зависит от ширины запрещенной зоны между валентной зоной и зоной проводимости.
êЕ=Епр-Ев
Ширина запрещенной зоны в пределах 0,1~3,0 эВ (электрон вольт) характерна для п/п
Наибольшее распространение имеют П/П
Кремний, Германий, Селен и др.
Рассмотрим кристалл «Ge»
При Т=0К
При Т>0К электроны (заряд -q)отрываются образуют свободные заряды Þ на его месте образуется дырка (заряд +q) это называется процессом термогенерации
Обратный процесс наз – рекомбинацией
n – электронная проводимость
p – дырочная проводимость
t - время жизни носителя заряда (е).
Вывод: таким образом nроводимость в чистом П/П обоснована свободными электронами или дырками.
d=dn+dp=qmnrn+qmprp
где: r-концентрация
m-подвижность =u/Е
Собственная проводимость сильно зависит от t°
П/П приборы на основе собственной проводимости.
Зависимость собственной проводимости от внешних факторов широко исполь-ся в целом ряде полезных П/П приборов.
1)Терморезисторы (R зависит от t° )
Температурный коэффициент:
ТКС>0 у П/П
ТКС<0 у проводников
Применяют в устройствах авт-ки в качестве измерительного преобразователя t° (датчики)
2)Варисторы (R зависит от внешнего эл. Поля)
ВАХ I=f(u)
Прим-ют для защиты
терристоров от
перенапряжения
3)Фотосопротивление – R зависит от светового потока
применяют в сигнализации, фотоаппаратуре
4)Тензорезисторы – R зависит от механич деформаций
применяют для измерения деформаций различных конструкций (датчики давления – сильфоны)
Примесная проводимость п/п.
Это проводимость обусловленна примесями:
-внедрения
-замещения
Роль примесей могут играть нарушения кристалической решетки.
-Если внедрить в кристал Ge элемент I группы сурьму Sb, тогда один из 5 валентных электронов Sb окажется свободным, тогда образуется эл. проводимость, а примесь называется донорной.
-Если внедрить элемент III группы индий I тогда 1 ковалентная связь останется останется свободной =>
Образуется легко перемещаемая дырка (дырочная проводимость), примесь называют акцепторной.
Основным носителем заряда наз. Те кт в п/п >
П/п с дырочной проводимостью наз. п/п –p типа, а с электоронной проводимостью – n типа.
Движения носителей заряда т.е. ток обуславливается 2 причинами: 1) внешнее поле – ток наз. дрейфовым. 2)разнасть концентраций – ток наз. диффузионным.
В п/п имеется 4 составляющие тока:
i=(in)Д+(ip)Д+(in)Е+(ip)E
Д-диффузионный Е-дрейфовый
Электрические переходы.
Называют граничный слой между 2-ми областями тела физические св-ва кт. различны.
Различают: p-n, p-p+, n-n+, м-п/п, q-м, q-п/п переходы прим. В п/п приборах (м-метал прим. в термопарах)
Электронно-дырочный p-n переход.
Работа всех диодов, биполярных транзисторов основана на p-n переходе
Рассмотрим слой 2х Ge с различными типами проводимости.
р
n
Обычно переходы изготавливают несемметричными pp>> << nn
Если pp>> nn то p-область эмитерная, n- область- база
В первый момент после соединения кристаллов из-за градиента концентрации возникает диффузионный ток соновных носителей.
На границе основных носителей начнут рекомбинировать, тем самым обнажаться неподвижные ионы примесей.
Граничный слой. Будет обеднятся носителями заряда => возникнет внутреннее U. Это U будет препятствовать диффузионному току и он будет падать. С другой стороны наличие внутреннего поля обусловит появление дрейфого тока неосновных носителей. В конце концов диффузионный ток станет = дрейфовому току и суммарный ток через переход будет = 0
U контакта≈jтln((Pp0)/(np0))
jт≈25мB температурный потенциал при 300 К
Uк=0,6-0,7В Si;0,3-0,4В Ge.
Различают 3 режима работы p-n перехода:
1)Равновесный (внешнее поле отсутствует)
2) Прямосмещенный p-n переход.
В результате Uвнпадает =>возникает диф. ток электорнов I=I0 eU/mjт
m ≈ 1 Ge
2 Si I0 тепловой ток.
I обусловлен основными носителями зарядов. Кроме него ток неосновных носителей будет направлен встречно.: I= I0(eU/mjт-1)
3)Обратно смещенный p-n переход I- обусловлен токами неосновных носителей I=- I0
ВАХ p-n перехода
Емкости p-n переходов.
Различают: -барьерную, -диффузионную.
Барьерная имеет место при обратном смещении p-n перехода. Запирающий слой выступает как диэлектрик =>конденсатор e=f(U) Эта емкость использована в варикапах.
C ≈1/√U
Диффузионный ток имеет место при прямом смещении p-n перехода Cд=dQизб/dU
Реальные ВАХ p-n переходов.
Отличаются от идеальных след. образом:1)Температурная зависимость
|
2) Ограничения тока за счет внутреннего R базы
|
3)Пробой p-n перехода :1-лавинный, 2- туннельный, 3- тепловой ( 1,2- обратимые;3-необратимый) I0 ≈ 10 I0
П/п диоды.
Прибор с 1м p-n переходом и 2мя выходами
Квалифицируют по технологии, - по конструкции, - по функциональному назначению:
-выпрямительные, А + К
-ВЧ диоды,
стабилитроны,
-варикапы,
-светодиды,
-фотодиоды,
-тунельные,
-обращенный
Маркировка по справочнику
1)Выпрямит. диоды – предназначены для выпрямления ~ I в =
Основные параметры
Iср.пр- средний прямой,Uпр,Uобр.,P-мощность, Iпр.имп.
2)Вч диоды выполняются обычно по точечной технологии
Cд-емкость, Iпр.имп, Uпр.ср, t установления, t востановления,
3)Диод Шотки – диод на основе перехода металл ->п/п, быстродействующий. Uпр.=0,5В, ВАХ не отличается от экспоненты в диапазоне токов до 1010
4)Стабилитрон – это параметрический стабилизатор напряжения, стабилизирует напряжение от единицы до сотен вольт.Uст – обратная ветвь ВАХ; пробой лавинный
ВАХ
r=∆U/∆I
чем < тем лучше
