Лекция_1_Полупроводники_Р_н_переход_ (1). Лекция Полупроводники. Рn переход Физические основы полупроводников Общие понятия. Проводники, полупроводники и диэлектрики
 Скачать 1 Mb.
|
|
ПРИЛОЖЕНИЕ 2. Задачи на напряженность электрического поля. Задача 1. Два одинаковых положительных точечных заряда расположены на расстоянии r друг от друга в вакууме. Определите напряжённость электрического поля в точке, расположенной на одинаковом расстоянии r от этих зарядов. Решение Согласно принципу суперпозиции полей искомая напряжённость равна геометрической сумме напряжённостей полей, созданных каждым из зарядов (рис. 14.17): Е= Е 1 +Е 2 . Модули напряжённостей полей зарядов равны: Диагональ параллелограмма, построенного на векторах 1 и 2, есть напряжённость результирующего поля, модуль которой равен: Задача 2. В однородное электрическое поле напряжённостью Е 0 = 3 кН/Кл внесли точечный заряд q = 4•10 -10 Кл. Определите напряжённость электрического поля в точке А, находящейся на расстоянии r = 3 см от точечного заряда. Отрезок, соединяющий заряд и точку А, перпендикулярен силовым линиям однородного электрического поля. Решение Согласно принципу суперпозиции напряжённость электрического поля в точке А равна векторной сумме напряжённостей однородного поля 0 и поля 1 , созданного в этой точке внесённым электрическим зарядом. На рисунке 14.18 показаны эти два вектора и их сумма. По условию задачи векторы 0 и 1 взаимно перпендикулярны. Напряжённость поля точечного заряда Тогда напряжённость электрического поля в точке А равна: 16 Задача 3. Расстояние между двумя неподвижными зарядами q 1 = -2 *10 -9 Кл и q 2 = 10 -9 Кл равно 1 м. В какой точке напряжённость электрического поля равна нулю? Решение Очевидно, что на отрезке между зарядами напряжённость не может быть равна нулю, так как напряжённости полей 1 и 2 , созданных этими зарядами, направлены в одну сторону (рис. 14.20). Следовательно, напряжённость поля может быть равна нулю или справа, или слева от зарядов на линии, проходящей через эти заряды. Так как модуль первого заряда больше, чем модуль второго, то эта точка должна находиться ближе ко второму заряду, т. е. в нашем случае справа от зарядов. Расстояние от второго заряда до точки А обозначим через х. Тогда из условия, что | '1| = '2, можно записать: Решая это уравнение, получаем ПРИЛОЖЕНИЕ 3. История развития полупроводниковой техники Физика полупроводников является основой твердотельной и микроэлектроники, является базовой дисциплиной для большинства других специальностей электронно-технического профиля. Она изучает процессы явления и эффекты, протекающие в полупроводниках и определяющие принципы работы полупроводниковых приборов. Физика полупроводников содержит научные знания, которые необходимы для понимания других специальных курсов. Эпоха насчитывает более 100 лет. Еще в первой половине 19 века Фарадей обнаружил, что электропроводность некоторых тел растет по экспоненциальному закону с ростом температуры. Электропроводность большинства проводников уменьшается с ростом температуры по линейному закону. Спустя несколько лет Беккерель обнаружил что электропроводность “плохих” проводников, которых изучал Фарадей, увеличивается при их освещении, в них появляется ЭДС. В 1906 Браун обнаружил явление выпрямления переменного электрического тока на контакте свинца и феррита (FeS 2 ). Эти плохие проводники, имеющие к тому времени загадочные свойства назвали полупроводниками. В 1879 г. Холл открыл явление электрического поля в проводнике с током, помещенным в поперечное магнитное поле (эффект Холла). Исследование полупроводников активизировались в начале 20 века после создания квантовой механики. Квантовая механика позволила создать зонную теорию твердых тел. Квантовая теория объясняет поведение электронов в твердых телах. Согласно этой теории, электроны в кристаллах не могут иметь любую энергию. Разрешенные значения энергии образуют определенные интервалы, которые получили названия разрешенных зон. Разрешенные зоны отделены промежутками запрещенных значений энергии. 17 Зонная теория твердых тел указала строгий критерий их разделения на металлы, диэлектрики и полупроводники. Если самая верхняя зона, содержащая электроны при Т = 0 0 K заполнена не полностью, а частично то такое твердое тело обладает высокими проводящими свойствами. Если самая верхняя зон содержащая электроны при Т = 0 0 K полностью заполнена, а следующая за ней зона полностью пуста и разделена небольшим промежутком запрещенных энергий ΔЕg, то такое твердое тело относят к полупроводникам, а если ΔЕg велико, то это диэлектрик. (ΔЕg ≥ 2 эВ). Сама верхняя зона называется валентной (V – зона), а следующая за ней пустая зона называется зоной проводимости (С - зона). При возбуждении полупроводника электроны из V – зоны могут переходить в С – зону и в ней они будут участвовать в переносе электрического тока. В этом случае в V – зоне остается свободное место (дырки). Эта вакансия будет также участвовать в переносе электрического тока, она будет положительной. Выяснилось, что можно создать полупроводники, у которых носителями заряда будут являться только электроны, такие полупроводники называются электронного типа или n – типа. Также можно создать полупроводники, у которых основными носителями будут являться дырки p – тип. Зонная теория твердых тел позволила раскрыть к концу 30-х годов 20 века природу явлений на контакте полупроводника n и p типа, т.е. физическую теорию выпрямления. В связи с этим были созданы p-n-переходы – важнейшие приборы твердотельной электроники. В 1948 г. были созданы транзисторы n-p-n и p-n-p переходов. Сегодня полупроводники определяют прогресс в целом ряде отраслей народного хозяйства развитых стран. Началом широкого производства полупроводниковых приборов можно считать середину 50-х годов. На этом этапе создавались новые виды дискретных p-n-переходов и транзисторов. Однако к концу 50-х годов наряду с дискретной твердотельной электроникой начала развиваться интегральная электроника. Это стало возможным благодаря разработке планарной технологии, она представляет собой высокопроизводительный метод группового изготовления полупроводниковых приборов и интегральных схем. Основой планарной технологии является нанесение тонкой диэлектрической пленки на поверхность полупроводникового кристалла или полупроводниковой пленки. Затем производится удаление этой пленки с отдельных участков полупроводника методом фотолитографии. Рисунок, отражающий схему расположения элементов на кристалле, проецируется на него световым или электронными лучами. После этого через незащищенные диэлектрической пленкой участки полупроводника вводится специальная примесь (лигатура) переводит в n или p тип. В результате этих операций образуется области с p-n-переходами. На протяжении достаточно длительного времени наблюдается тенденция экспоненциального увеличения степени интеграции твердотельных микросхем. Возможны 3 пути ее роста: 1) связан с уменьшением топологического размера и соответственно повышением плотности упаковки и элементов на кристалле; 2) увеличение площади кристалла. Однако получение бездефектных кристаллов большой площади сложная технологическая задача. Наличие дефектов в кристалле снижает процент выхода интегральных схем; 3) оптимизация компоновки элементов на кристалле. Расчеты показывают, что на монолитном кристалле кремния может быть достигнута степень интеграции 10 7 элементов на кристалле. |