Введение

Умение решать сложные научно-технические задачи - основная функция современного инженера электронной техники.

Научиться решать такие задачи - главная цель учебного процесса.

Для достижения успеха путь к сложным задачам должен начинаться с простого. Именно поэтому в учебно-методический комплект по каждому предмету должно входить пособие по решению задач. Решение задач способствует более глубокому усвоению лекционного материала, прививает навыки инженерного подхода к решению технических задач. Практические расчеты должны развивать у студентов четкое понимание пределов применимости тех или иных формул.

Задачи в основном составлены таким образом, что помимо знаний параметров и характеристик прибора требуется понимание физической сущности процессов, происходящих в них.

Данная работа ориентирована в основном на студентов заочного и вечернего факультетов специальности 2201, 2206, поэтому каждый новый раздел сопровождается довольно подробным теоретическим материалом. Часть задач в сборнике дана с подробным анализом и решением, рекомендациями к решению, с теоретическим обобщением. Учебное пособие может быть использовано студентами дневной формы обучения и не только по специальностям 2201, 2206, но и смежных с ними, связанных с проектированием радиоэлектронной аппаратуры.

Основные разделы из курса «Электроника» проработаны достаточно подробно теоретически и практически - с помощью задач и примеров, но автор работы не ставил целью заменить данным пособием весь материал, который положено студенту изучать по программе названной дисциплины. Более подробное и детальное изучение курса «Электроника» рекомендуется по литературе, на которую ссылается автор в конце пособия.

1. КОНТАКТНЫЕ ЯВЛЕНИЯ В ПОЛУПРОВОДНИКЕ

1.1. Общие сведения

Полупроводниками называют обширную группу материалов, которые по своему удельному электрическому сопротивлению занимают промежуточное положение между проводниками и диэлектриками. Обычно к полупроводникам относят материалы с удельным сопротивлением r = 10³ - 10⁹ Ом×см, к проводникам (металлам) - материалы с r < 10⁴ Ом×см, а к диэлектрикам - материалы с r >10¹⁰ Ом×см.

Электропроводность чистого полупроводника называется собственной электропроводностью . Характер электропроводности существенно меняется при добавлении примеси. В полупроводниковых приборах используются только примесные полупроводники, количество примеси строго дозируется - примерно один атом примеси на 10⁷ - 10⁸ атомов основного материала.

В основе работы большинства полупроводниковых приборов и активных элементов интегральных микросхем лежит использование свойств p-n-переходов. В зависимости от функционального назначения прибора
различают:

Электрический переход в полупроводнике - это граничный слой между двумя областями, выполненными из полупроводникового материала, имеющего различные физические характеристики.

Электронно-дырочный переход - это граничный слой, обедненный носителями и расположенный между двумя областями полупроводника с различными типами проводимости.

Гетеропереходы - это переходы между двумя полупроводниковыми материалами, имеющими различную ширину запрещенной зоны.

Переход металл -полупроводник - одна из областей является металлом, а другая - полупроводником. Контакты металл-полупроводник, в зависимости от назначения, изготовляются выпрямляющими и невыпрямляющими.

1.2. Электронно-дырочный p -n -переход

Такие переходы могут быть cимметричными и несимметричными. В

практике больше распространены несимметричные p-n-переходы, поэтому в дальнейшем теория будет ориентирована на них.

При симметричных переходах области полупроводника имеют одинаковую концентрацию примеси, а в несимметричных - разную (концентрации примесей различаются на несколько порядков - в тысячи и десятки тысяч раз).

Границы переходов могут быть плавными или резкими, причем при плавных переходах технологически трудно обеспечить качественные вентильные свойства, которые необходимы для нормальной работы диодов и транзисторов, поэтому резкость границы играет существенную роль; в резком переходе концентрации примесей на границе раздела областей изменяются на расстоянии, соизмеримом с диффузионной длиной L .

Для электронно-дырочного p-n-перехода характерны три состояния:

равновесное;

прямосмещенное (проводящее);

обратносмещенное(непроводящее).

Р авновесное состояние p-n-перехода ??????????????? ??? ?????????? ?????????? ?? ??????? ???????. ??? ???? ?? ??????? ???? ???????? ????????? ????????????? ??????, ?????????????? ???????????? ????????????? ????????? ?? ????? ?????? ??????????????. ?????????? ???? ?????? ? ????????? ???? ?? ???????? ????????, ? ??????? ?????????? ??????? ? ??? ???????? ????? ??????? диффузионный ток I _диф . ????? ????, ? ?????? ??????? ????? ????? ?????????? ????????, ??? ??????? ???? p-n-???????? ????? ??????????, ??? ???????? ???????? ????? ??????? дрейфовый ток I _др , который чаще называют тепловым или током насыщения I₀ . ????????? ??? ????? ??????????? p-n-??????? ????? ????? ????:

Свободное движение носителей через электронно-дырочный переход возможно при снижении потенциального барьера p-n-перехода. Переход носителей из одной области в другую под действием внешнего напряжения называется инжекцией . Область, из которой инжектируются носители, называется эмиттером . Область, в которую инжектируются носители, называется базой . Область эмиттера легируется примесными атомами значительно сильнее, чем база. За счет разной концентрации примесных атомов в несимметричных переходах имеет место односторонняя инжекция: поток носителей из области с низкой концентрацией примесных атомов (из базы) очень слабый и им можно пренебречь.

При прямой полярности внешнего источника равновесное состояние перехода нарушается, так как поле этого источника, накладываясь на поле p-n-перехода, ослабляет его, запрещенная зона перехода уменьшается, потенциальный барьер снижается, сопротивление перехода резко уменьшается, диффузионная составляющая тока при этом возрастает в «е^{u/ j} t » раз и является функцией приложенного напряжения

где j _t = kT/e - температурный потенциал (при комнатной температуре j _t = = 0,025В);

k - постоянная Больцмана;

T - температура;

е - заряд электрона.

Составляющая тока I _о в идеализированном переходе при воздействии прямого внешнего напряжения остается практически без изменения. Следовательно, прямой результирующий ток через идеальный p-n-переход

--> ЧИТАТЬ ПОЛНОСТЬЮ <--