Конспект лекций Электронная техника. Конспект лекций по дисциплине электронная техника специальности автоматизация технологических процессов и производств
 Скачать 3.06 Mb.
|
Лекция 2. Полупроводниковые материалы. Физические процессы. Включение p-n перехода. Основные параметры диодов.Цель обучающая:
Цель развивающая:
Цель воспитательная
Тип урока: Урок изучения нового материала и первичного закрепления Средства обучения: Вербальные: голос, речь, учебная литература, проектор. Ход урока
По электропроводности вещества можно разделить на четыре группы: диэлектрики, проводники, сверхпроводники и полупроводники. Полупроводниковые материалы (германий, кремний) занимают место между проводниками и диэлектриками. Проводимость проводников в значительной степени зависит от наличия примесей и температуры. (Если добавить примесь брома, то   В полупроводниках присутствуют подвижные носители зарядов двух типов: отрицательные электроны и положительные дырки. Полупроводниковым диодом называется электропреобразовательный полупроводниковый прибор с одним выпрямляющим электрическим переходом имеющим 2 вывода.  Если число электронов превышает число дырок, то это полупроводник n-типа. Если число дырок превышает число электронов, то это полупроводник p-типа. В полупроводнике дырочного типа основными носителями заряда являются дырки, а в полупроводнике электронного типа – электроны. Если при введении примеси концентрация электронов превысит концентрацию дырок, то еѐ называют донорной примесью. А если с введением примеси концентрация дырок станет больше концентрации электронов, то такую примесь называют акцепторной. Прямое включение p-n перехода  При прямом включении потенциальный барьер уменьшится на величину напряжения Обратное включение p-n перехода  При обратном включении потенциальный барьер увеличивается на величину напряжения Лекция 3 Режимы работы p-n перехода. Основные параметры диодов.Цель обучающая:
Цель развивающая:
Цель воспитательная
Тип урока: Урок изучения нового материала и первичного закрепления Средства обучения: Вербальные: голос, речь, учебная литература, проектор. Ход урока
Пробой p-n перехода Пробоем электронно-дырочного перехода называют явление очень быстрого роста обратного тока при незначительном повышении постоянного обратного напряжения. Пробоем электронно-дырочного перехода – это резкое изменение режима работы перехода, находящегося под обратным напряжением. Выделяют три типа пробоев: туннельный (зенеровский), лавинный и тепловой. Туннельный (зенеровский) пробой Если геометрическое расстояние между валентной зоной и зоной проводимости достаточно мало, то возникает туннельный эффект – явление прохождение электронов сквозь потенциальный барьер Тепловой пробой Тепловыделение в области электронно-дырочного перехода, пропорциональное обратному напряжению и обратному току, увеличивает температуру кристалла полупроводника и силу обратного тока, что приводит к ещѐ большему тепловыделению, ещѐ большему обратному току и более высокой температуре и так далее. В результате такого катастрофического перегрева получает развитие тепловой пробой, который разрушает электронно-дырочный переход и после остывания прежние свойства, например, односторонней проводимости, к нему уже не вернутся. Тепловой пробой возникает после электрического пробоя перехода. (видеоролик)_Лавинный_пробой'>(видеоролик) Лавинный пробой Лавинный пробой возникает если при движении до очередного соударения с атомом дырка (или электрон) приобретает энергию, достаточную для ионизации атома. Расстояние, которое проходит носитель заряда до соударения называют длиной свободного пробега. (видеоролик) Емкость р-n перехода Основное влияние на возможность работы электронно-дырочного перехода на определѐнных частотах оказывают две ѐмкости, которые называют диффузионной и барьерной. (видеоролик) Барьерной называют ѐмкость, которая возникает при обратном включении электронно-дырочного перехода, когда практически все носители заряда находятся на границе раздела, а в нѐм самом отсутствуют. Вследствии диффузии электронов и дырок через p-n переход области, возникают нескомпенсированные объемные заряды ионизированных атомов примесей, которые закреплены в узлах кристаллической решетки полупроводника и поэтому не участвуют в процессе протекания электрического тока. Однако объемные заряды создают электрическое поле, которое в свою очередь самым существенным образом влияет на движение свободных носителей электричества, то есть на процесс протекания тока. При увеличении обратного напряжения область пространственных зарядов и величина заряда в каждом слое (p и n) увеличивается. Это увеличение происходит непропорционально: при большом по модулю обратном напряжении заряд увеличивается при увеличении модуля напряжения медленнее, чем при малом по модулю обратном напряжении.  Q – пространственный заряд в слое n полупроводника U - внешнее напряжение, приложенное к p-n переходу.  (Оспищева – барьерная емкость доклад, Маспак – диффузионная емкость) Диффузионную ѐмкость инициируют носители заряда, которые при прямом включении электронно-дырочного перехода в силу инжекции диффундируют через него и не успевают пройти рекомбинацию. Общая емкость p-n перехода – это сумма барьерной и диффузионной емкости. Вольт-амперная характерисика диода Габидулин – диффузионная емкость Гетеропереходы Гетеропереход – это переход, возникающий на границе химически различных полупроводниковых структур, у которых не одинакова ширина запрещѐнной зоны. На границе полупроводников, которые обладают одинаковыми типами проводимости, возникают изотипные гетеропереходы, а на границе полупроводников с отличными типами проводимостей – анизотипные. Важно, чтобы на границе кристаллических решѐток полупроводников, образующих гетеропереход, не было дефектов кристаллической решѐтки, отсутствовали механические напряжения материалов. В области гетероперехода происходят изменения свойств веществ, образующих его, такие как смещения запрещѐнной и энергетических зон, изменение скорости, с которой распространяются носители заряда и прочее. Для получе-ния гетеропереходов используют полупроводниковые пары AlAs и GaAs, AlSb и GaSb, GaAs и Ge, ZnSe и GaAs и другие. Используя наборы гетеропереходов, получают многослойные образования, которые называют гетероструктурами. Полупроводниковые гетеропереходы нашли применение в особо сверхвысокочастотных транзисторах, диодах, светодиодах, лазерах и прочих компонентах. |