1 2 3 4 5 6 §1.6 контакты металла с полупроводником Физические явления в контакте металла с полупроводником определяются соотношением работ выхода электрона из металла и проводника. Если металл привести в соприкосновение с полупроводником, то электрон будет переходить из материала с меньшей работой выхода к материалу с большей работой выхода, что приведёт к возникновению контактной разности потенциалов. (2) и (3) подчиняются законам Ома /омические контакты – такие контакты находят применение в полупроводниках для подведения металлических выводов к области полупроводника/. ВАХ (1) и (4) нелинейна и описываются уравнением Шокли. Переход (1)-(4) – переход Шотки. (1), (4) ведут себя подобно p-n-переходу. В переходе Шотки отсутствует диффузионная ёмкость. Переход Шотки будет более быстродействующим по сравнению с p-n-переходом. Отличие ВАХ Шотки от p-n: Обратный ток перехода Шотки больше, чем у p-n-перехода Прямое падение напряжения на переходе Шотки на 0,2-0,4 В меньше ВАХ перехода Шотки подчиняется уравнению Шокли в очень широком диапазоне /с очень высокой точностью/ токов: 1мА – 10мА Тема 2 – Полупроводниковые приборы §2.1 полупроводниковые диоды Полупроводниковым диодом называют полупроводниковый прибор, содержащий один или несколько электрических переходов и 2 вывода для подключения к внешней цепи. В зависимости от функционального назначения различают: Выпрямительные диоды Лавинные диоды Выпрямительные столбы Выпрямительные блоки и сборки Универсальные и импульсные диоды Диоды с накоплением заряда Диодные матрицы и сборки Стабилитроны Стабисторы Ограничители напряжения Генераторы шума Варикапы Варакторы Туннельные диоды Обращённые диоды СВЧ-диоды Светоизлучающие диоды Излучающие диоды инфракрасного диапазона Фотодиоды И другие [1] Выпрямительные диоды предназначены для преобразования переменного тока в однополярный. Принцип работы выпрямительных диодов основан на использовании односторонней проводимости /вентильных свойств/ электрического перехода для преобразования переменного тока в однополярный пульсирующий. Статические и динамические параметры, параметры электрического и эксплуатационного режимов. К основным статическим параметрам относятся: прямое падение напряжения при заданном прямом токе постоянный обратный ток при заданном обратном напряжении К основным динамическим параметрам относятся: - среднее за период значение выпрямленного тока - среднее значение прямого падения напряжения при заданном среднем значении прямого тока - среднее значение обратного тока при заданном значении обратного напряжения - среднее за период значение обратного напряжения - граничная частота, на которой выпрямительный ток диода уменьшается до установленного уровня К параметрам электрического режима относятся: - дифференциальное сопротивление диода - ёмкость диода, включающая ёмкости электрического перехода и корпуса, если последний существует Под предельно допустимыми эксплуатационными режимами работы диодов подразумеваются такие режимы, которые обеспечивают с заданной надёжностью работу приборов в течение оговоренного техническими условиями срока службы. К параметрам эксплуатационных режимов относятся: - максимальное значение выпрямленного тока - максимальное значение допустимого обратного напряжения - максимальная допустимая мощность - минимальная температура окружающей среды для работы диода - максимальная температура окружающей среды для работы диода Выпрямительные диоды делятся на: Силовые /низкочастотные/ /для использования в выпрямителях =50кГц/ Диоды малой мощности : < 300мА Диоды средней мощности: 300мА < < 10А Диоды большой мощности: 10А < М аломощные /высокочастотные/ /для применения в разного рода детекторах =10 100МГц/ Такой выпрямитель называется однополупериодным. Конденсатор может выполнять функцию сглаживания. Выпрямитель, пропускающий 2 периода, называется двуполупериодным выпрямителем. При одинаковой C пульсация будет меньше, чем в однополупериодном. Выпрямительные диоды широко применяют в источниках питания, ограничителях выбросов напряжений. Наибольшее использование нашли кремниевые, германиевые диоды, диоды с барьером Шотки, а в аппаратуре специального назначения и измерительной аппаратуре, работающей в условиях высокой температуры окружающей среды,- селеновые и титановые выпрямители. [2] Лавинные диоды – это разновидность выпрямительных диодов /нормируется напряжение лавинного пробоя/. Может использоваться в цепях защиты от перенапряжения. [ 3] Выпрямительные столбы – это совокупность выпрямительных диодов, включённых последовательно и собранных в единую конструкцию с двумя выводами, используется в высоковольтных выпрямителях. [4] Выпрямительные блоки и сборки – содержат несколько диодов, электрически независимых или соединённых в виде однофазного или трёхфазного моста. Позволяют упростить монтаж и уменьшить габариты аппаратуры. [5] Универсальные и импульсные диоды отличаются от выпрямительных диодов более высоким быстродействием и большими значениями импульсных токов, имеют другую систему параметров. [ 6] Диоды с накоплением заряда /ДНЗ/ – разновидность импульсных диодов, малое время обратного восстановления. Это достигается неравномерным легированием базы. [7] Диодные матрицы и сборки – представляют собой интегрированные в одном корпусе или кристалле универсальные и импульсные диоды /диоды соединяются в виде микросхем/. Могут быть соединены между собой или изолированы. [8] Стабилитрон - полупроводниковый прибор, в котором для стабилизации напряжения используется слабая зависимость напряжения лавинного /или туннельного/ пробоя от обратного тока через переход. Параметры стабилитрона: Напряжение стабилизации при заданном токе стабилизации Дифференциальное сопротивление стабилитрона при заданном токе стабилизации Температурный коэффициент напряжения стабилизации При напряжении 6,3В , при большом напряжении преобладает лавинный пробой / /, при меньших напряжениях – туннельный пробой / /. Для уменьшения температурного коэффициента стабилизации разработаны прецизионные стабилитроны. В них включены один или несколько прямосмещённых p-n-переходов. Количество диодов зависит от напряжения стабилизации / В/. Импульсный стабилитрон от обычных стабилитронов отличается повышенным быстродействием и применяется для стабилизации амплитуды импульсов. Д вухсторонний стабилитрон – два импульсных стабилитрона, включённых встречно. Стабилитроны обычно одинаковы, что приводит к симметричной ВАХ. Используются в двухсторонних ограничителях импульсов. [9] Стабистор – один или несколько последовательно включённых диодов, в котором для стабилизации напряжения используется прямая ветвь ВАХ. КС107, КС113, КС119, D220С – Стабисторы D-220 – Импульсные диоды [ 10] Ограничитель напряжения – полупроводниковый диод, работающий в режиме туннельного или лавинного пробоя, предназначен для защиты электрических цепей от перенапряжения. От обычных стабилитронов отличается высоким быстродействием и большими допускаемыми импульсными токами. Используется в промышленной электронике. В, быстродействие измеряется пикосекундами. [ 11] Генератор шума – это стабилитрон, работающий на грани пробоя. Напряжение пробоя стабилитрона в этом режиме нестабильно кроме постоянного напряжения генерируется шумовое напряжение. Спектр шума равномерен до частоты 3,5 МГц. [ 12] Варикап – нелинейный конденсатор на основе p-n-переходов, барьерная ёмкость которого перестраивается с изменением напряжения на нём. К оэффициент перекрытия по ёмкости: , [13] Варактор – варикап, используемый в умножителях частоты /силовой варикап/. Используется в радиопередатчиках, там где стоит задача генерировать сигналы большой мощности. [ 14] Туннельный диод – полупроводниковый прибор на основе p-n-перехода, образованного вырожденными полупроводниками. В этих диодах туннельный эффект проявляется уже при небольших положительных напряжениях на p-n-переходах. Т уннельный диод – СВЧ прибор, который работает в сантиметровом диапазоне волн / см/. Туннельные диоды относятся к негатронам /имеют участок с отрицательным сопротивлением/ n-типа. [ 15] Обращённый диод отличается от туннельных диодов меньшей концентрацией примесей в p- и n-областях. Туннельный эффект проявляется только при обратном напряжении. Отсутствует диффузионная ёмкость. Работают до частоты 50ГГц. Используется при построении смесителей. [16] СВЧ-диоды предназначены для работы в сантиметровом и дециметровом диапазоне волн. В зависимости от выполняемой функции делятся на: Смесительные Д етекторные Параметрические Ограничительные, переключателиные Умножительные и настроечные Генераторные: Лавинно-пролётные диоды /ЛПД/ Диоды Ганна Предназначены для встраивания в волноводы. [17] Светоизлучающие диоды и Излучающие диоды инфракрасного диапазона предназначены для преобразования элементарной энергии в энергию некогерентного излучения в соответствующем диапазоне волн. Излучение возникает при рекомбинации неосновных носителей в базе прямосмещённого p-n-перехода с шириной запрещённой зоны > 1,8эВ. [18] Фотодиод предназначен для преобразования энергии световой или инфракрасного излучения в электрическую энергию. Используется в различных датчиках и оптронах. §2.2 биполярные транзисторы: устройство и принцип действия Биполярный транзистор – система двух взаимодействующих p-n-переходов. В биполярном транзисторе физические процессы определяются носителями обоих знаков. В зависимости от чередования p- и n- областей различают npn /обратные/ и pnp /прямые/ транзисторы. В реальных конструкциях одна из крайних областей имеет большую степень легирования и меньшую площадь, её называют эмиттером. Другую крайнюю область называют коллектором, а среднюю – базой. Переход, образованный эмиттером и базой называют эмиттерным переходом, а переход, образованный коллектором и базой – коллекторным переходом. Взаимодействие p-n-переходов обеспечивается выбором толщины базы. База должна быть достаточно тонкой /толщина базы должна быть много меньше длины диффузии неосновных носителей в базе/. e- из Э1 инжектируются в Б1 ,где <1 - статический коэффициент передачи тока эмиттера - обратный ток коллекторного перехода Существует множество технологий производства транзисторов. [1] Сплавной транзистор Sk => больше носителей инжектируются в коллектор [2] Эпитаксиально-планарный транзистор Окислении /вскрытие окна меньшего размера/ П олучили npn-транзистор [3] Скрабирование – разрезание Условно графически обозначается: §2.3 Транзистор, как усилитель напряжения и мощности ; ; ; ; Транзистор обладает способностью усиливать электрические сигналы. 1> 1 2 3 4 5 6 |