ВУЗ: Не указан

Категория: Не указан

Дисциплина: Не указана

Добавлен: 18.03.2024

Просмотров: 490

Скачиваний: 1

ВНИМАНИЕ! Если данный файл нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам.

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: Jдф.n=qDndn/dx

Jдф.p=-qDpdp/dx

где Dnи Dp 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 Jдф.n= qDndn/dxи Jдф.p= - qDpdp/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 Jдф.p=- qDpdp/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 ϕк и

потенциальный барьер и поэтому протекает большой диффузионный ток основных носителей Iэ. При этом Iэ имеет электронную Iэn и дырочную Iэp составляющие. Так как концентрация свободных электронов в эмиттере на несколько порядков больше, чем дырок в базе, Iэn >> Iэp. 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 Uкб, поэтому его электрическое поле для неосновных носителей ускоряющее. Благодаря этому они извлекаются из базы в коллектор (экстракция). Появляется полезный выходной ток Iк.

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 Iк.

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 Iб 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 Iкб0, создаваемый обратным напряжением Uкб.
Биполярныйтранзистор всхемесобщимэмиттером



При таком включении входным, управляющим током является самый

маленький ток БТ – ток базы Iб, составляющий обычно 1...2 % от токов Iэ и Iк. 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 Uвн. 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