Презентация Электроника и Схемотехника. Тема 1 онлайн

Содержание слайда: Электроника и Схемотехника Часть I

Содержание слайда: Введение

Содержание слайда: Определение Электроника - это наука о взаимодействии электронов с ЭМП, о методах, охватывающих исследование и разработку электронных приборов и принципах их использования.

Содержание слайда: Разделы электроники Вакуумная (электронные лампы; работают в области высоких уровней мощности и высоких частот). Плазменная (силовая электроника) Квантовая (пример: лазер). Оптическая (оптические волноводы, устройства, управляющие световыми потоками, приемники оптического излучения и др.).

Содержание слайда: Разделы электроники Функциональная (используют домены, зарядовые пакеты - динамическая неоднородность)

Содержание слайда: Разделы электроники Микроэлектроника По количеству выпускаемых промышленностью единиц, точности технологий и чистоте производства, количеству областей применения нет прибора, который хоть в какой-то мере мог приблизиться к транзистору. На основе транзисторов созданы интегральные схемы, совершённый продукт технологического прогресса XX столетия. 1 июля 1948 г. - новость в "New York Times" о новой разработке Bell Telecom Labs, как о замене лампам, 1956 г. - Нобелевская премия по физике за изобретение германиевого транзистора, 1958 г. - полевой транзистор.

Содержание слайда: Тема 1. Физика полупроводниковых структур

Содержание слайда: 1.1. Энергетические зоны полупроводника Полупроводник - вещество, основным свойством которого является сильная зависимость удельной проводимости от внешних факторов. Основные материалы: Ge, Si, GaAs. Каждый электрон в атоме занимает определенный энергетический уровень. В твердом теле благодаря взаимодействию атомов энергетические уровни расщепляются и образуют энергетические зоны. Электроны могут находиться только на разрешенных уровнях.

Содержание слайда: 1.1. Энергетические зоны полупроводника

Содержание слайда: 1.2. Генерация и рекомбинация носителей заряда Электропроводность полупроводника определяется двумя типами носителей электрического заряда, которые могут перемещаться под действием градиента концентрации или внешнего поля. Носители заряда: Электроны зоны проводимости Дырки валентной зоны

Содержание слайда: 1.2. Генерация и рекомбинация носителей заряда

Содержание слайда: 1.2. Генерация и рекомбинация носителей заряда Дырка - квазичастица или незаполненное электронными состояние (вакансия) в валентной зоне полупроводника. Под действием внешних факторов происходит генерация носителей заряда - образование свободных электронов и дырок. Сопротивление полупроводника при этом уменьшается. Обратный процесс называется рекомбинацией. В состоянии термодинамического равновесия существует равновесная концентрация электронов (n0) и дырок (p0).

Содержание слайда: 1.3. Собственные полупроводники (i-типа) Беспримесный и бездефектный полупроводник с идеальной кристаллической решеткой называется собственным полупроводником. При T=0 является изолятором. При возрастании T возникают колебания атомов в решетке, нарушаются связи между атомами, возникают свободные электроны и дырки. Процесс образования электронно-дырочных пар под действием температуры называется термогенерацией.

Содержание слайда: 1.4. Примесные полупроводники Проводимостью собственного полупроводника можно управлять, вводя примеси. Большинство полупроводниковых приборов изготавливают на основе примесных полупроводников, т.е. полупроводником, электрических характеристики которого определяются донорными или акцепторными примесями. В результате в рабочем диапазоне температур полупроводникового прибора поставщика ми основного носителя заряда должны быть примеси, поэтому в практике важное значение имеют материалы, у которых ощутимая собственная концентрация носителей заряда появляется при возможно более высокой T.

Содержание слайда: 1.4. Примесные полупроводники

Содержание слайда: 1.4. Примесные полупроводники Акцептор - примесный атом, или дефект кристаллической решётки, образующий в запрещённой зоне энергетический уровень, свободный от электрона в невозбуждённом состоянии атома, и способный захватить электрон валентной зоны в возбуждённом состоянии.

Содержание слайда: 1.4. Примесные полупроводники Донор – примесный атом или дефект кристаллической решётки, образующий в запрещённой зоне энергетический уровень, занятый электронами в невозбуждённом состоянии атома, и способный отдать электрон в зону проводимости.

Содержание слайда: 1.4. Примесные полупроводники Энергия ионизации акцептора – минимальная энергия, которую необходимо сообщить электрону валентной зоны, чтоб перенести его на акцепторный уровень. Энергия ионизации донора – минимальная энергия, которую необходимо сообщить электрону, находящемуся на донорном уровне, чтобы перевести его в зону проводимости. При низких T основными источниками носителей заряда являются примеси. Носители преобладающего типа называются основные, другие – неосновные. Что дают примеси: Меньше напряжение для изменения проводимости полупроводника Можно изменять проводимость технологическим путём (вводя примеси), тем самым создавая различные приборы Создание p-n перехода

Содержание слайда: 1.5. Уровень Ферми На энергетических диаграммах полупроводников указывают расположение уровня Ферми, что делает наглядным объяснение многих физических процессов. Вероятность заполнения электроном энергетического уровня Э. Соответствует статистике Ферми-Дирака:

Содержание слайда: 1.5. Уровень Ферми

Содержание слайда: 1.5. Уровень Ферми В невырожденных ПП уровень Ферми всегда лежит в запрещённой зоне. В условиях термодинамического равновесия уровень Ферми – горизонтальный. С увеличением T уровень Ферми стремится к середине запрещённой зоны. С увеличением концентрации носителей заряда – соответственно: к потолку валентной зоны и дну зоны проводимости. Температурный потенциал (25 мВ при T=300 K):

Содержание слайда: 1.6. Процессы переноса носителей заряда в полупроводнике Процесс переноса зарядов происходит при наличии ЭП или grad концентрации носителей заряда. Дрейф – направленное движение носителей заряда при наличии ЭП.

Содержание слайда: 1.6. Процессы переноса носителей заряда в полупроводнике Электронная составляющая плотности дрейфового тока: n – концентрация, E – напряжённость, γn - удельная проводимость полупроводника при одном виде носителей (электрон), μn – подвижность (величина, численно равная средней скорости их направленного движения в ЭП с E=1. Дырочная составляющая плотности дрейфового тока:

Содержание слайда: 1.6. Процессы переноса носителей заряда в полупроводнике Диффузия – направленное движение носителей заряда вследствие градиента концентрации. Из молекулярной физики известно, что поток частиц при диффузии пропорционален градиенту концентрации этих частиц.

Содержание слайда: 1.6. Процессы переноса носителей заряда в полупроводнике Поток – число частиц, пересекающих в единицу времени единичную площадку, перпендикулярную направлению градиента концентрации. Dn – коэффициент диффузии. Плотность диффузионного тока: