Скачать презентацию Физические основы электроники Часть 2 Энергетические зоны Концентрация Скачать презентацию Физические основы электроники Часть 2 Энергетические зоны Концентрация

ФОЭ (2-3) полн.ppt

  • Количество слайдов: 32

Физические основы электроники Часть 2. Энергетические зоны. Концентрация носителей заряда. Кинетика носителей заряда в Физические основы электроники Часть 2. Энергетические зоны. Концентрация носителей заряда. Кинетика носителей заряда в полупроводниках.

Волновые зоны E(k) k 2 Волновые зоны E(k) k 2

Энергетические зоны полупроводника 3 Энергетические зоны полупроводника 3

Вероятность заполнения энергетического уровня а)Максвелла-Больцмана б)Ферми-Дирака 4 Вероятность заполнения энергетического уровня а)Максвелла-Больцмана б)Ферми-Дирака 4

Электронная и дырочная проводимость 5 Электронная и дырочная проводимость 5

Концентрация электронов 6 Концентрация электронов 6

Концентрация дырок 7 Концентрация дырок 7

Зонная диаграмма, функция распределения и концентрация носителей в собственном п/п 8 Зонная диаграмма, функция распределения и концентрация носителей в собственном п/п 8

Зонная диаграмма, функция распределения и концентрация носителей в п/п n-типа 9 Зонная диаграмма, функция распределения и концентрация носителей в п/п n-типа 9

Зонная диаграмма, функция распределения и концентрация носителей в п/п p-типа 10 Зонная диаграмма, функция распределения и концентрация носителей в п/п p-типа 10

Зонная структура металла и диэлектрика 11 Зонная структура металла и диэлектрика 11

Сравнение зонной структуры 12 Сравнение зонной структуры 12

Примесная проводимость 13 Примесная проводимость 13

Виды примесных проводимостей • Собственный полупроводник – проводимость определяет наличие электронов в зоне проводимости Виды примесных проводимостей • Собственный полупроводник – проводимость определяет наличие электронов в зоне проводимости или наличие вакантных мест в валентной зоне • Валентность больше, чем у основного (собственного) полупроводника – донорная или n-типа примесь • Валентность меньше, чем у основного (собственного) полупроводника – акцепторная или p-типа примесь 14

Электропроводность • Газы – Как правило, происходит пробой • Жидкости – Как правило, обусловлена Электропроводность • Газы – Как правило, происходит пробой • Жидкости – Как правило, обусловлена растворёнными примесями (электролиз) • Твёрдые тела – Определяется свойствами кристаллической решётки 15

Электропроводность тв. тел Удельная проводимость , j = E, где j – удельная плотность Электропроводность тв. тел Удельная проводимость , j = E, где j – удельная плотность тока (А/м 2) E – напряжённость эл. поля (В/м) Для Me ~106 -108 (Ом*м)-1 Полупроводники: = n+ p, где n= n 0 q, p= p 0 q, - подвижность электронов или дырок 16

Зависимость удельной проводимости от температуры 1 – собственный п/п 2 – слабо легированный п/п Зависимость удельной проводимости от температуры 1 – собственный п/п 2 – слабо легированный п/п 3 – сильно легированный п/п 3 2 1 17

Удельное сопротивление Для полупроводников ρ=1… 10 Ом*см Для пластин полупроводников применяется обозначение типа АБВ-n, Удельное сопротивление Для полупроводников ρ=1… 10 Ом*см Для пластин полупроводников применяется обозначение типа АБВ-n, где: • А – материал пластины, • Б – тип проводимости (Э или Д), • В – легирующий материал, • n – удельное сопротивление (Ом*см) Примеры: • КЭФ-4, 5 (кремний, электронная, фосфор, 4, 5 Ом*см) • ГДА-2 (германий, дырочная, алюминий, 5 Ом*см) 18

Дрейф носителей заряда Средняя скорость электрона между столкновениями , она же скорость дрейфа. Подвижность: Дрейф носителей заряда Средняя скорость электрона между столкновениями , она же скорость дрейфа. Подвижность: Плотность дрейфового тока: 19

Плотность полного тока • Диффузионный ток – перемещение носителей зарядов из области избыточной плотности Плотность полного тока • Диффузионный ток – перемещение носителей зарядов из области избыточной плотности в область меньшей • Полный ток: • где Dn – коэффициент диффузии электронов, Dp – коэффициент диффузии дырок 20

Дрейф носителей в сильных полях Ga. As Si Ge 21 Дрейф носителей в сильных полях Ga. As Si Ge 21

Электронно-дырочный переход 22 Электронно-дырочный переход 22

Образование потенциального барьера 23 Образование потенциального барьера 23

p-n-переход в равновесном состоянии а) концентрация примесей, б)плотности объемн. заряда в) потенциала и г) p-n-переход в равновесном состоянии а) концентрация примесей, б)плотности объемн. заряда в) потенциала и г) напряженности поля 24

Неравновесный p-n-переход 0 = 0 -U 25 Неравновесный p-n-переход 0 = 0 -U 25

ВАХ идеального диода Формула Шокли: , где Is – обратный, или тепловой ток 26 ВАХ идеального диода Формула Шокли: , где Is – обратный, или тепловой ток 26

Механизмы пробоя p-n-перехода • Туннельный пробой • Лавинный пробой – Энергия электрона больше ширины Механизмы пробоя p-n-перехода • Туннельный пробой • Лавинный пробой – Энергия электрона больше ширины запрещённой зоны, ионизация атомов полупроводника • Тепловой пробой – Саморазогрев, ведущий к увеличению обратного тока, что увеличивает нагрев… 27

Полупроводниковый диод 28 Полупроводниковый диод 28

Биполярный транзистор 29 Биполярный транзистор 29

Разновидности БПТ 30 Разновидности БПТ 30

Зонная диаграмма БПТ а) в равновесном состоянии б) в активном режиме 31 Зонная диаграмма БПТ а) в равновесном состоянии б) в активном режиме 31

Работа БПТ в схеме с ОБ 32 Работа БПТ в схеме с ОБ 32