КР ФОЭТ. Учебнометодическое пособие для студентов специальности 136 04 02 Промышленная электроника
 Скачать 451.5 Kb.
|
|
3. УЧЕБНО-МЕТОДИЧЕСКИЕ МАТЕРИАЛЫ ПО ДИСЦИПЛИНЕ 3.1. Основная и дополнительная литература
Методические указания по дисциплине Дисциплина “Физические основы электронной техники” является базовой дисциплиной для специальностей В результате изучения дисциплины необходимо знать основы физики твёрдого тела и физические процессы в полупроводниковых приборах. В программу дисциплины включены две части: электронные компоненты и методические указания. Помимо изучения теоретического материала предусматривается выполнение контрольных заданий. Приводится примерный перечень лабораторных работ. С целью облегчения изучения материала часть “Электронные компоненты” разбита на разделы, и в каждом разделе приводятся методические указания и рекомендуемая литература. Изучение дисциплины опирается на знания, полученные в результате изучения таких дисциплин, как “Математика”, “Физика” и “Электроника”. Литература Основная
БГУИР, 2001 Дополнительная
Тема 1: Основы физики твёрдого тела Структура кристаллической решётки. Зонная модель твёрдых тел, основы квантовой механики, металлы, диэлектрики, полупроводники. Электропроводность. Электроны и дырки. Генерация и рекомбинация носителей заряда. Концентрация носителей заряда в полупроводнике при термодинамическом равновесии. Закон действующих масс. Уровень и квазиуровни Ферми. Подвижность и рассеяние. Процессы электропроводности в полупроводниках. Температурные зависимости концентрации и подвижности носителей заряда. Термоэлектронные и гальванические эффекты. Контактные и поверхностные явления. Контакты металл – полупроводник. Основные уравнения для анализа полупроводниковых приборов. Литература основная [1. Стр16-72] Дополнительная [4.стр.18-50; 5. стр.6-37] Методические указания Обратите внимание на модели структур полупроводников, и, особенно, на модели энергетических зон и ковалентной связи, понимая, что основную роль в процессе объединения атомов в кристалл играют электроны. Внимательно проанализируйте те электрофизические параметры, которые позволяют относить твёрдые тела к категориям: металлы, диэлектрики, полупроводники. При изучении явлений переноса в полупроводнике при стационарно неравновесных режимах особое внимание обратите на понятия: “функция распределения Ферми-Дирака”, “собственные и примесные полупроводники”, “уровень Ферми”. Уясните явления дрейфа и диффузии. Рассматривая материал, связанный с подвижностью, обратите внимание на механизмы рассеяния свободных носителей заряда. Уясните процессы генерации и рекомбинации носителей заряда. Вопросы для самопроверки
Тема 2: Электронно-дырочный переход Образование электронно-дырочного (р-n) перехода. Резкий и плавный р-n переходы. Распределение объемного заряда, поля и потенциала в резком и плавном р-n переходах. Высота потенциального барьера и зависимость ее величины от различных факторов. Барьерная емкость. Граничная концентрация неосновных носителей заряда в базе р-n перехода. Электронно-дырочный переход при нарушении теплового равновесия: инжекция и экстракция. Распределение концентрации неосновных носителей в базе р-n перехода. Аналитические выражения вольт-амперных характеристик (ВАХ) «идеализированного» р-n перехода (диоды) при малых плотностях тока. Генерация и рекомбинация носителей заряда в области пространственного заряда р-n перехода. Особенности работы р-n перехода при высоком уровне инжекции (при больших плотностях тока). Вольт-амперные характеристики р-n перехода (диода) при высоких уровнях инжекции. Диффузионная емкость диода. Виды пробоя р-n перехода. Лавинный и туннельный пробои. Тепловой пробой как вторичный пробой биполярного транзистора. Возможности появления различных видов пробоя. Переходные процессы в диоде при высоком и малом уровнях инжекции. Зависимость величин основных параметров диода: обратного и прямого токов, прямого падения напряжения и барьерной емкости от температуры. Литература Основная [1, c. 210-261, 267-307; 2, c. 4-40]. Дополнительная [2, c. 69-80, 132; 3, c. 112-158]. Методические указания Изучению физических явлений в р-n переходе уделите особое внимание, так как знание их необходимо для понимания принципа работы многих полупроводниковых приборов: диодов, транзисторов, тиристоров и т.д. Необходимо понять природу возникновения обедненного слоя (области пространственного заряда) в р-n переходе и иметь четкое представление о механизме образования потенциального барьера р-n перехода и о природе возникновения барьерной емкости. При изучении распределения неосновных носителей в базе р-n перехода (диода) обратите внимание на соотношение, связывающее величины инжектированных неосновных носителей с концентрацией основных носителей при тепловом равновесии. Рассматривая аналитические выражения ВАХ идеализированного диода, обратите внимание на допущения, принятые при их выводе. Определите составляющие прямого и обратного токов диода. Уясните физическую сущность токов генерации и рекомбинации в р-n переходе и их влияние на величины обратного и прямого токов в зависимости от материала диода. Внимательно проанализируйте три важнейших эффекта, к которым приводит высокий уровень инжекции (ВУИ). Обратите внимание на изменения в аналитических выражениях ВАХ при ВУИ. Рассмотрите условия возникновения туннельного и лавинного пробоев, связав возможность их появления с концентрацией носителей, прилегающих к р-n переходу областей. Проанализируйте соотношения величин напряжений и напряженностей полей лавинного и туннельного пробоев, а также знак их температурных коэффициентов. Выясните природу диффузионной емкости. Ознакомьтесь с эпюрами напряжений и токов при работе диода на импульсах большой и малой плотностях токов, анализируя их при работе диода, как в режиме генератора тока, так и в режиме генератора напряжения. Вопросы и задания для самопроверки
Тема 3: Невыпрямляющий омический контакт Контакт двух полупроводников с одним типом электропроводности. Параметры и свойства омического контакта. Энергетическая зонная диаграмма омического контакта. Литература Основная [1, c. 186-192; 2, c. 47-49]. Дополнительная [2, c. 68-80]. Методические указания При рассмотрении физических явлений в контактах металл-полупроводник обратите внимание на причины, вызывающие искривление энергетических уровней полупроводника в приконтактной области. Выясните, при каких условиях контакт металл-полупроводник считается омическим. Обратите внимание на свойства контактов n+-n и p+-p, особенно в аспекте возможности накопления неосновных носителей в слаболегированной области контакта. Вопросы и задания для самопроверки
Тема 4: Биполярные транзисторы Физические явления в биполярных транзисторах. Схема включения транзистора с общей базой и общим эмиттером. Модель Эберса-Молла. Распределение стационарных потоков носителей заряда. Коэффициент передачи тока и его составляющие для нормального и инверсного включения транзистора. Основные статистические параметры транзистора. Входные и выходные вольт-амперные характеристики транзистора, включенного по схеме с общим эмиттером и с общей базой. Пробой транзистора. Смыкание коллекторного и эмиттерного переходов. Вторичный пробой. Зависимость основных параметров транзисторов от температуры и режима смещения по постоянному току. Схема малосигнальных параметров транзисторов. Физическая эквивалентная схема транзистора. Низкочастотные параметры транзисторов, включенных по схемам с общей базой, общим эмиттером и общим коллектором: ki, ku, kp, rвх, rвых. Отклонение от модели Эберса-Молла по току и напряжению: эффект Кирка, вытеснение тока эмиттера на край эмиттера, эффект Эрли и его следствия. Переходные процессы и импульсные свойства транзистора. Анализ переходных процессов в транзисторе с общей базой и общим эмиттером. Частотные свойства транзистора. Характеристические частоты транзистора. Методы повышения величины частоты отсечки. Литература Основная [1, c. 326-361, 378-401; 2, c. 50-90] Дополнительная [1, c. 113-165; 2, c. 142-198; 3, c. 162-200] Методические указания Изучение биполярного транзистора целесообразно начать с ознакомления упрощенной (одномерной) его структуры. Вспомните, что такое эмиттер, база, коллектор, нормальное и инверсное включения транзистора. Принцип действия биполярного транзистора рассмотрите на примере одномерной модели транзистора, включенного по схеме с общей базой (ОБ). Затем ознакомьтесь с двумя другими схемами включения транзистора – с общим эмиттером (ОЭ) и общим коллектором (ОК). Обратите внимание на величины коэффициентов передачи по току и напряжению. Рассмотрите возможные стационарные потоки свободных носителей заряда в транзисторе. Определите составляющие базового тока и обратного тока коллектора. Обратите внимание на их знаки. Ознакомьтесь с основными статистическими параметрами транзистора, работающего в трех режимах: активном, насыщения и отсечки. Сравните коэффициенты инжекции для нормального и инверсного включения транзистора, коэффициент переноса носителей через базу. Изучая низкочастотные параметры транзисторов, обратите внимание на соотношения величин коэффициентов усиления по мощности схем ОБ и ОЭ, а также на величины входного и выходного сопротивлений схемы ОК. Изучая входные и выходные характеристики транзисторов, включенных по схемам ОБ и ОЭ, обратите внимание на следующее: внешний вид, смещение кривых влево и вправо на входных характеристиках, особенности выходных характеристик (наличие кривых в другом квадранте, наклон характеристик). При рассмотрении явления пробоя транзистора обратите внимание на такие параметры, как напряжение пробоя в схеме ОЭ при отключенной базе, коэффициент передачи тока эмиттера с учетом лавинного умножения носителей в коллекторном переходе, напряжение смыкания. Объясните характер зависимостей коэффициента передачи тока базы и обратного тока коллектора от температуры. Рассмотрите причины зависимости коэффициента передачи тока эмиттера (базы) от величины тока эмиттера. Объясните, как влияют величины тока и сопротивления базы на эффект оттеснения тока эмиттера на край эмиттера. Обратите внимание на два следствия эффекта Эрли. Свяжите этот эффект с видом входных и выходных характеристик транзистора. Изучение частотных свойств транзистора начните с рассмотрения физических факторов, ограничивающих верхний частотный предел работы транзистора. Дайте определения предельной и граничной частот усиления по току, максимальной частоте генерации, при этом обратите внимание на пути их повышения. Ознакомьтесь с основными параметрами, характеризующими импульсные свойства транзистора, и особенностями временных зависимостей тока эмиттера (базы) и тока коллектора при включении транзистора по схеме с общей базой и с общим эмиттером. Вопросы и задания для самопроверки
Тема 5: Полевые транзисторы Общие сведения: области транзистора и их определения, разновидности, принципы модуляций сопротивления канала, сравнение с биполярными транзисторами. Полевой транзистор с управляющим р-n переходом: принцип действия, статические ВАХ и их аналитические выражения, физическая эквивалентная схема и частотные свойства. Идеальный конденсатор со структурой металл-диэлектрик-полупроводник (МДП). Энергетические зонные диаграммы идеальных и реальных МДП (МОП)-структур. Поверхностные состояния в системе Si-SiO2. Энергетические зонные диаграммы, поясняющие образование канала в р-канальных МОП-транзисторах, работающих в режиме обогащения (индуцированный канал). Аналитическое выражение для величины порогового напряжения и пути ее регулирования. Статические выходные и проходные (сток-затворные) характеристики. Аналитические выражения ВАХ для крутой и пологой частей выходной статической характеристики. Статические и дифференциальные параметры МОП-транзистора. Физические эквивалентные схемы. Аналитические выражения для граничной частоты (частоты отсечки). Эффекты короткого канала. Анализ влияния эффектов короткого канала на величины основных параметров транзистора. МОП-транзисторы, работающие в режиме обеднения (со встроенным каналом): структура, принцип работы, статические выходные и переходные характеристики. Приборы с зарядовой связью: принцип работы, управление, ввод и вывод информации, частотные ограничения. | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||