Шкаев А.Г. Твердотельная электроника: конспект лекций - файл n1.doc
Шкаев А.Г. Твердотельная электроника: конспект лекцийскачать (6006.9 kb.)
Доступные файлы (1):
n1.doc
Федеральное агентство по образованию
Государственное образовательное учреждение
высшего профессионального образования
«Омский государственный технический университет»
А. Г. Шкаев ТВЕРДОТЕЛЬНАЯ ЭЛЕКТРОНИКА Конспект лекций
Омск
Издательство ОмГТУ
2
009
УДК 621.38(075)
ББК 32.85я73
Ш 66
Рецензенты:
Е. В. Иванова, канд. техн. наук, доцент кафедры физики
Сибирской автомобильно-дорожной академии;
Ю. А. Стенькин, канд. техн. наук, доцент, научный сотрудник
Омского филиала института физики полупроводников СО РАН
Шкаев, А. Г.
Ш 66
Твердотельная электроника: конспект лекций / А. Г. Шкаев. – Омск: Изд-во ОмГТУ, 2009. – 56 с.
В краткой форме рассматриваются основные типы полупроводниковых приборов и физические процессы, обеспечивающие их работу. Приводится анализ электронных процессов в объеме полупроводников, в электронно-дырочных переходах и в области пространственного заряда на поверхности полупроводников. Объем материала предусмотрен ныне действующими программами дисциплин «Твердотельная электроника», «Физические основы электроники» и Государственным образовательным стандартом по специальностям 210106 «Промышленная электроника», 210100.62 – «Электроника и микроэлектроника», 210401.65 – «Физика и техника оптической связи». Конспект лекций предназначен для студентов очной, очно-заочной и заочной форм обучения.
Печатается по решению редакционно-издательского совета Омского государственного технического университета УДК 621.38(075) ББК 32.85я73 ГОУ ВПО «Омский государственный
технический университет», 2009
СОДЕРЖАНИЕ Введение | 4 |
1. Необходимые сведения | 4 |
1.1. Зонная структура полупроводников | 4 |
1.2. Термины и определения | 5 |
1.3. Статистика электронов и дырок в полупроводниках, положение уровня Ферми |
6 |
1.4. Концентрация электронов и дырок в собственном полупроводнике | 8 |
1.5. Концентрация электронов и дырок в примесном полупроводнике | 9 |
1.6. Определение положения уровня Ферми | 10 |
1.7. Проводимость полупроводников | 11 |
1.8. Токи в полупроводниках | 12 |
1.9. Неравновесные носители | 13 |
1.10. Уравнение непрерывности | 15 |
Вопросы для самопроверки | 16 |
2. Барьеры Шоттки, p-n переходы и гетеропереходы | 16 |
2.1. Ток термоэлектронной эмиссии | 16 |
2.2. Термодинамическая работа выхода в полупроводниках p и n типов | 17 |
2.3. Эффект поля, зонная диаграмма при эффекте поля | 18 |
2.4. Дебаевская длина экранирования | 21 |
2.5. Контакт металл – полупроводник. Барьер Шоттки | 22 |
2.6. Зонная диаграмма барьера Шоттки при внешнем напряжении | 24 |
2.7. Распределение электрического поля и потенциала в барьере Шоттки |
25 |
2.8. Вольт амперная характеристика барьера Шоттки | 26 |
2.9. Образование и зонная диаграмма р-n перехода | 27 |
2.10. Распределение свободных носителей в p n переходе | 28 |
2.11. Поле и потенциал в p n переходе | 30 |
2.12. Компоненты тока в р n переходе | 32 |
2.13. Вольт амперная характеристика р n перехода | 33 |
2.14. Емкость p n перехода | 34 |
2.15. Гетеропереходы | 35 |
Вопросы для самопроверки | 40 |
3. Полупроводниковые диоды | 41 |
3.1. Характеристики идеального диода на основе p n перехода | 41 |
3.2. Варикапы | 43 |
3.3. Влияние генерации, рекомбинации и объемного сопротивления базы на характеристики реальных диодов |
43 |
3.4. Стабилитроны | 46 |
3.5. Туннельный пробой в полупроводниках | 47 |
3.6. Лавинный пробой в полупроводниках | 49 |
3.7. Туннельный и обращенный диоды | 50 |
Вопросы для самопроверки | 54 |
Список рекомендуемой литературы | 55 |
ВВЕДЕНИЕВ предлагаемом конспекте лекций рассмотрены физические основы работы твердотельных полупроводниковых приборов, использующих как явление инжекции носителей через
p-n переходы, так и явления, связанные с эффектом поля.
В данной работе использовались материалы лекций Гуртова Валерия Алексеевича, доктора физико-математических наук, профессора, заведующего кафедрой «Физики твердого тела» Петрозаводского государственного университета, заслуженного деятеля науки Республики Карелия.
В связи с тем, что учебный курс читается для студентов третьего курса, в первой главе в кратком виде представлены основные сведения из физики твердого тела и физики полупроводников. Эти сведения в дальнейшем необходимы при усвоении основного материала курса. Во второй главе излагаются физические основы, связанные с контактными явлениями в барьерах Шоттки, электронно-дырочных переходах и гетеропереходах. Третья глава посвящена анализу физических основ работы полупроводниковых диодов.