Файл: Первый билет.docx

Пятый билет

5. Диффузионный и дрейфовый ток

Дрейфовым током называется ток, обусловленный движением носителей

заряда под действием электрического поля. В общем случае дрейфовый ток может иметь электронную и дырочную составляющие.

Направленное движение носителей заряда может быть также результатом диффузии. Если происходит диффузия заряженных частиц, наблюдается

направленное перемещение зарядов, т.е. возникает диффузионный ток.

Диффузионный ток невозможен в однородной среде, концентрация подвижных зарядов в которой везде одинакова, а также при нулевой абсолютной температуре.

Плотности электронного и дырочного диффузионного токов, обусловленных диффузией свободных электронов и дырок: J_дф.n=qD_ndn/dx

J_дф.p=-qD_pdp/dx

где D_nи D_p– коэффициенты диффузии свободных электронов и дырок;

dn/dxи dp/dx– градиенты концентрации свободных электронов и дырок.
Коэффициенты диффузии, как и коэффициенты подвижности,

характеризуют среднюю скорость движения свободных электронов и дырок.

Она зависит от количества столкновений электронов с атомами

кристаллической решётки, а также от температуры, поскольку с ростом температуры растет скорость хаотического теплового движения. Поэтому коэффициент диффузии пропорционален коэффициенту

---

подвижности и

температуре:

D=μkT/q

где k– постоянная Больцмана; T– абсолютная температура.
Градиент концентрации – это вектор, величина которого равна скорости

увеличения или уменьшения концентрации в некотором направлении. В общем случае он указывает направление наискорейшего увеличения концентрации или наискорейшего её уменьшения (антиградиент). ^{В формулах J}дф.n^{= qD}n^{dn/dxи J}дф.p^{= - qD}p^{dp/dx используются одномерные градиенты, учитывающие} изменение концентрации в главном

направлении x.

На рисунке изображен образец полупроводника, в левой части p+ которого концентрация дырок больше, чем в правой части р.



Ниже построены зависимости концентрации и градиента концентрации

дырок от координаты x. В переходной области будет происходить диффузия дырок слева направо. В глубине областей, где полупроводник однороден, диффузии не будет. Дырки в образце движутся вдоль положительного направления x. Согласно J_дф.p=- qD_pdp/dx, отрицательный градиент образца

дал бы отрицательное значение плотности тока и току, если бы это выражение не имело отрицательный знак.

20. Биполярный транзистор. Схемы включения. Режимы

Биполярный транзистор является электронным элементом с

---

двумя р-n переходами.




Здесь изображён БТ со структурой n⁺–р–n, хотя возможна, но менее
распространена p⁺–n -p структура. В работе таких БТ принципиальных
отличий нет. Области БТ получили следующие названия: n⁺ – эмиттер (область, “испускающая” носители); р – база и n (область справа) –

коллектор (т.е. область, “собирающая” носители).

Каждая область снабжена омическими контактами металл-полупроводник, служащими для подключения к внешним цепям. Названия внешних контактов такие же, как у областей – эмиттер, база, коллектор. P-n

переход между эмиттером и базой получил название эмиттерный переход, между базой и коллектором – коллекторный переход.

Важнейшимиособенностямиконструкцииявляются:

1. 
   малая толщина базы, не более 0,5 мкм;
   
2. 
   малая концентрация примеси в базе, порядка 1016 см-3;
   
3. 
   большая концентрация примеси в эмиттере, до 1020 см-3.
   

Только при соблюдении перечисленных условий БТ способен проявлять свои главные свойства: усиливать электрические сигналы, а также работать в качестве ключа.

Возможнычетырережима БТ:

1. 
   ЭП открыт, КП закрыт - активный, или усилительный режим. Единственный режим, в котором возможно неискажённое усиление сигналов;
   
2. 
   ЭП закрыт, КП закрыт – режим отсечки. Используется в ключе, закрытое состояние ключа;
   
3. 
   ЭП открыт, КП открыт – режим насыщения. Используется в ключе, открытое состояние ключа;
   
4. 
   ЭП закрыт, КП открыт – инверсный режим, обратный по отношению к активному режиму. Не используется, как не эффективный.
   

---

Биполярныйтранзистор в схемесобщейбазой



Здесь база – общий электрод для входной и выходной цепи, ток которого является алгебраической суммой контурных входного и выходного токов.

В открытом ЭП, благодаря прямому напряжению, снижаются ϕ_к и

потенциальный барьер и поэтому протекает большой диффузионный ток основных носителей I_э. При этом I_э имеет электронную I_эn и дырочную I_эp составляющие. Так как концентрация свободных электронов в эмиттере на несколько порядков больше, чем дырок в базе, I_эn >> I_эp. Поэтому в ЭП

наблюдается практически односторонний диффузионный ток свободных электронов в базу, так называемая инжекция.

Свободные электроны в базе являются неосновными носителями. Их

больше вблизи ЭП, откуда они поступают, поэтому в базе возникает градиент концентрации dn/dw и неосновные носители диффундируют к КП. КП заперт

напряжением U_кб, поэтому его электрическое поле для неосновных носителей – ускоряющее. Благодаря этому они извлекаются из базы в коллектор (экстракция). Появляется полезный выходной ток I_к.

Так как база тонкая и слаболегированная, при продвижении неосновных

носителей через базу только небольшая их часть рекомбинирует с основными носителями базы (не более 1...2%). В противном случае наблюдалось бы

значительное уменьшение выходного тока I_к.

Рекомбинация в базе несколько уменьшает концентрацию её основных

носителей — дырок. Электрическая нейтральность базы нарушается, в ней

---

образуется отрицательный заряд некомпенсированных ионов акцепторной

примеси. Этот заряд создаёт так называемый рекомбинационный ток в выводе базы I_{б рек}. Еще одна составляющая тока базы легко обнаруживается при

разорванной цепи эмиттера. Тока в ЭП и инжекции при этом нет. В КП протекает небольшой по величине обратный ток коллектора I_кб0, создаваемый обратным напряжением U_кб.
Биполярныйтранзистор всхемесобщимэмиттером



При таком включении входным, управляющим током является самый

маленький ток БТ – ток базы I_б, составляющий обычно 1...2 % от токов I_э и I_к. Поэтому усиление по току достигает десятков – сотен раз, а усиление по мощности максимально.

35. Устройство и изготовление интегрального МДП транзистора.

Устройство МДП-транзистора




МДП-структура содержит металлический слой, слой диэлектрика и слой

полупроводника. Если используется самый распространённый полупроводник – кремний, то диэлектрик, как правило, двуокись кремния

SiO2. Такой диэлектрик на поверхности кремния легко создаётся путём его окисления. Диэлектрический слой всегда очень тонкий, что обеспечивает

проникновение электрического поля в полупроводник при подаче на структуру внешнего напряжения U_вн. Полупроводник может быть как n, так и p типа. МДП-структура дополнена двумя снабженными металлическими

контактами «островками» n⁺ -типа, между которыми может возникать канал n-типа. Эти области называют

---