Барьерная ёмкость обратно смещённого р-п перехода.

Так как толщина обедненной области перехода ф-я от приложенного напряжения, то ; ;

Варисторы - приборы, где  зависят от емкости.

При U>0 существует большая емкость.

2.3Методы создания электронно-дырочных переходов. Технология изготовленияполупроводниковых диодов.

Диоды:

- плоскостные (l>>a),

- точечные (l<<a),

- мезоструктуры,

- эпитаксиальные диоды.

Методы создания: сплавной, эпитаксиальный, мезоструктурный, планарный.

Цикл изготовления:

-- проектирование (эскизное и рабочее проектирование).

-- подготовительные операции (выращивание монокристалла кремния, методом Чахральского (вытяжка из расплава кремния)).

-- разрезка слитка (убирают края).

-- обработка поверхности.

-- полировка, фаска, изготовление фотошаблонов.

-- обрабатывающие операции (наращивание эпитаксии, легирование, термообработка, травление, фотолитография, контроль функционирования).

-- вращивание металлизации.

-- утонение.

-- завершающие этапы (разделение на чипы, монтаж корпуса, разводка, пайка, герметизация, разбраковка, маркировка, испытание (на герметичность, термопериоды)).

Типы диодов по назначению:

• Выпрямительные диоды предназначены для преобразования переменного тока в постоянный.
• Импульсные диоды имеют малую длительность переходных процессов, предназначены для применения в импульсных режимах работы.
• Детекторные диоды предназначены для детектирования сигнала
• Переключательные диоды предназначены для применения в устройствах управления уровнем сверхвысокочастотной мощности.
• Ограничительные диоды предназначены для защиты радио и бытовой аппаратуры от повышения сетевого напряжения.

Типы диодов по частотному диапазону:

• Низкочастотные
• Высокочастотные
• СВЧ

Типы диодов по размеру перехода:

• Плоскостные
• Точечные

Типы диодов по конструкции:

• Диоды Шоттки
• СВЧ-диоды
• Стабилитроны
• Стабисторы
• Варикапы
• Светодиоды
• Фотодиоды
• Лавинный диод
• Туннельные диоды
• Негатроны (с Nи Sобразной характеристикой)

2.4Вольт- амперная характеристика р-п перехода. Математическая модель диода. Уравнение Шокли. ВАХ реального р-п перехода. Пробой р-п перехода.

U — приложенное напряжение; I - ток через переход; Is — ток насыщения; Unp — напряжение пробоя.

В области пространственного заряда выполняется условие обеднения.

(p-n)<<N=N_d - N_a

Все внешние напряжения, проложенные к обедненной области:

В нейтральных областях перехода наблюдается либо избыток основных носителей заряда (переход смещен в прямом направлении), либо недостаток(переход смещен в обратном направлении). Отсчет ведется от равновесной концентрации, тогда n_n=n_n0, p_p=p_p0.

В обедненной области носители заряда не рекомбинируют. Квазиуровни Ферми по обе стороны от перехода различны и зависят от приложенного напряжения. Концентрации по обе стороны перехода равны:

n_n=n_i*exp (ψ – ψ_n/U_T); p_n=n_i*exp (ψ_p– ψ/U_T)

Уравнение Шокли:

I = Io [exp(qV/kT) - 1], где Iо — ток насыщения (или ток утечки); q — заряд электрона; V — прикладываемое к диоду напряжение; k - постоянная Больцмана; Т — температура, К.

Пробой р-п перехода.

Пробоем называют резкое увеличение обратного тока перехода при некотором обратном напряжении.

Лавинный пробой вызывается ударной ионизацией атомов кристаллической решетки в обедненном слое. При обратном на­пряжении ток в переходе создается дрейфовым движением неос­новных носителей, приходящих из нейтральных р- и n-областей. Эти носители ускоряются в обедненном слое и при напряжении, превышающем некоторое критическое значение, приобретают ки­нетическую энергию, достаточную для того, чтобы при соударении с нейтральным атомом Ge (или Si) произвести их ионизацию, т.е. создать пару носителей – электрон и дырку.Начинается лавинообразное нарастание обратного тока. Для характеристики этого процесса вводится коэф­фициент лавинного умножения М, показывающий, во сколько раз обратный ток превышает значение тока I_о, обусловленного потоком первоначальных носителей: , где  – эмпирическая величина.

Туннельный пробой возникает, когда напряженность электриче­ского поля в обедненном слое возрастает настолько (Е > 10⁶ В/см), что проявляется туннельный эффект – переход электронов сквозь потенциальный барьер без изменения энергии. Туннельный эффект наблюдается в узких переходах (порядка 10 ^-2 мкм), т.е. в переходах р⁺-n⁺ с очень высокой концентрацией примеси (более 5-10¹⁸ см ^-3).

Тепловой пробой. При прохождении обратного тока в переходе выделяется мощность, которая вызывает разогрев р-n-перехода и прилегающих к нему областей полупроводника и дальнейший рост обратного тока, увеличение Р_выд, I_обр и далее процесс повторяется,=>происходит пробой.

3.1Выпрямительные диоды, стабилитроны, стабисторы, диоды Шоттки. Разновидности и классификация полупроводниковых диодов.

Выпрямительные диоды — диоды, предназначенные для преобразования переменного тока в постоянный ток.

Основные параметры выпрямительных диодов:

• среднее прямое напряжение Uпр.ср. при указанном токе Iпр.ср.;
• средний обратный ток Iобр.ср. при заданных значениях обратного напряжения Uобр и температуры;
• допустимое амплитудное значение обратного напряжения Uобр.макс.;
• средний прямой ток Iпр.ср.;
• частота без снижения режимов.

Стабилитрон— полупроводниковый диод, предназначенный для поддержания напряженияисточника питания на заданном уровне.

Параметры:

• Напряжениестабилизации.
• Температурный коэффициент напряжения.
• Дифференциальное сопротивление.
• Максимально допустимая рассеиваемаямощность.
• Минимально допустимый ток стабилизации.

Стаби́стор — полупроводниковый диод, в котором для стабилизации напряжения используется прямая ветвь вольт-амперной характеристики (то есть в области прямого смещения напряжение на стабисторе слабо зависит от тока). Отличительной особенностью стабисторов по сравнению со стабилитронами является меньшее напряжение стабилизации, которое составляет примерно 0,7 В.

Диод Шоттки — полупроводниковый диод с малым падением напряжения при прямом включении.

Типы диодов по назначению:

• Выпрямительные диоды предназначены для преобразования переменного тока в постоянный.
• Импульсные диоды имеют малую длительность переходных процессов, предназначены для применения в импульсных режимах работы.
• Детекторные диоды предназначены для детектирования сигнала
• Переключательные диоды предназначены для применения в устройствах управления уровнем сверхвысокочастотной мощности.
• Ограничительные диоды предназначены для защиты радио и бытовой аппаратуры от повышения сетевого напряжения.

Типы диодов по конструкции:

• Стабилитроны.
• Стабисторы.
• Варикапы.
• Светодиоды.
• Фотодиоды.
• Туннельные диоды.
• Негатроны (с N и S образной характеристикой). +2.3

3.2 Переходные процессы в диодах с р-п переходом. Импульсные диоды.

Различные процессы: - вкл, - выкл, - переключение из прямого в обратный.

Инерционность связана с: - накоплением неосновных носителей, - перезарядом барьерной емкости.

Включение диода: ;

Схема отключения, временные диаграммы и распред. неосновных носителей в базе.

Характер изменения зависит Uот I_прям.

Низкий уровень инжекции: n*p-n_i²>0

Отключение диода: –время рассасывания.

Вначале Uуменьшается. Время рассасывания зависит от прямого тока.

Переключение диода на обратное напряжение.

При переключении диод остается в проводящем состоянии. Через него протекает импульсный ток. Этап рассасывания длится пока граничная концентрация неосновных носителей заряда превышает равновесную концентрацию. На диоде сохраняется малое напряжение. Скорость уменьшения концентрации дырок зависит от времени жизни и от импульсного тока.

Время восстановления – интервал от 0 до момента заданногоU. Заряд переключения – часть заряда, вытекающая во внешнюю цепь.

Импульсный диод – полупроводниковый диод, имеющий малую длительность переходных процессов и использующий (как и выпрямительный диод) при своей работе прямую и обратную ветви ВАХ при сравнительно больших токах нагрузки.

В качестве импульсных широкое применение находят диоды Шотки.

4.1Структура и принцип работы БТ. Режимы работы биполярного транзистора и схемы включения. Распределение стационарных потоков носителей.

Биполярным транзистором называется электропреобразовательный полупроводниковый прибор, имеющий в своей структуре два взаимодействующих p-n-перехода и три внешних вывода, и предназначенный, в частности, для усиления электрических сигналов. Различают три области: эмиттер, база, коллектор.

Режимы работы транзистора.В зависимости от того, в каких состояниях находятся переходы транзистора, различают режимы его работы. Поскольку в транзисторе имеется два перехода (эмиттерный и коллекторный), и каждый из них может находиться в двух состояниях (открытом и закрытом), различают четыре режима работы транзистора. Основным режимом является активный режим, при котором эмиттерный переход находится в открытом состоянии, а коллекторный - в закрытом. Транзисторы, работающие в активном режиме, используются в усилительных схемах. Помимо активного , выделяют инверсный режим, при котором эмиттерный переход закрыт, а коллекторный - открыт, режим насыщения, при котором оба перехода открыты, и режим отсечки, при котором оба перехода закрыты.

Соответственно различают три схемы включения транзистора: схемы с общейбазой (ОБ), общим эмиттером (ОЭ) и общим коллектором(ОК).В схеме с общей базойвходной цепью является цепь эмиттера, а выходной - цепь коллектора.В схеме с общим эмиттеромвходной цепью является цепь базы, а выходной - цепь коллектора.В схеме с общим коллектором входной цепью является цепь базы, а выходной - цепь эмиттера.

Распределение стационарных потоков носителей

Рассмотрим распределение потоков носителей в транзисторе на примере структуры типа р-n-р.

Активный режим. Через эмиттерный переход транзистора, ра­ботающего в активном режиме, происходит инжекция носителей заряда в базу. Инжектированные носители частично рекомбинируют в объеме базы и на его поверхности, а не­которые из них могут доходить до омического перехода с базой и рекомбинировать на нем . Остальные инжектированные носители пересекают базу, доходят до коллектор­ного перехода и увеличивают его обратный ток.

К току носителей заряда, инжектированных эмиттером и до­шедших до коллектора добавляется ток носителей, образо­вавшихся в результате тепловой генерации в базе в коллек­торе а также в коллекторном переходе . Кроме того, при достаточно больших напряжениях в коллекторном переходе происходит лавинное размножение носителей . Могут сущест­вовать и токи утечки по поверхности полупроводника. Все эти токи в сумме образуют ток коллектора.

Через эмиттер помимо тока носителей заряда, инжектируемых в базу , проходит ток носителей, инжектируемых из базы в эмиттер . В области эмиттера эти носители оказываются неосновными и рекомбинируют. Кроме того, через эмиттерный переход проходит ток, связанный с рекомбинацией носителей в области объемного заряда , а иногда (при малых общих токах) нужно учитывать и ток утечки.

Ток, проходящий к выводу базы, представляет собой алгебраи­ческую сумму токов основных носителей, обусловливающих инжекцию носителей в эмиттер , рекомбинацию в эмиттерном переходе ив базе , обратных токов коллекторного перехода , а также тока неосновных носителей заряда, дошедших до вывода базы . Значение и направление тока базы определяются соотношением этих состав­ляющих.

Кроме того, на значение тока коллектора влияет не весь эмит­терный ток, а только его составляющая , связанная с инжекцией неосновных носителей в базу. Составляющие тока эмиттера, свя­занные с инжекцией из базы в эмиттер и рекомбинацией в области объемного заряда , хотя и зависят от напряжения на эмиттерном переходе, на ток коллектора непосредственно не влияют.

4.2Статическая модель биполярного транзистора. Распределение концентрации носителей в области базы, эмиттера, коллектора. Математическая модель Эберса-Молла.

В связи с широким применением БТ, описание его работы дифференцируют, выделяя особенности в зависимости от режимов применения.

Статическая модель БТ. В БТ ток может изменятся во времени: модель для большого сигнала (модель Эберса-Молла), зарядовая модель.

Модель Э.-М. основана на уравнении диода (уравнение Шокли).

;

Примем ряд упрощений:

- площадь поперечного сечения постоянна.

- концентрация носителей зависит от координаты Х.

- концентрация легированных примесей постоянная.

Таким образом, переходы резкие:

- концентрация примесей в эмиттере велика. Однако вырожденных полупроводников нет.

- предположим, что уровень инжекции является низким.

- нет рекомбинации ни на поверхности, ни на обеих областях.

- толщина активной области базы постоянная.

- нет эффекта Эрли.

- параметры области Э. и К. большие.

- эффект Зеннера (лавинный пробой) отсутствует.