Зарядовые неустойчивости в приборах с отрицательным дифференциальным сопротивлением - раздел Электроника, Твердотельная электроника Рассмотрим Однородно Легированный Электронный Полупроводник С Омическими Конт...
Рассмотрим однородно легированный электронный полупроводник с омическими контактами, к которому приложена разность потенциалов (рис. 8.6). Создаваемое в нем электрическое поле будет E = EП. Пусть вследствие тепловой флуктуации группа электронов сместилась в сторону катода относительно неподвижных ионизованных доноров.
Возникшая избыточная концентрация электронов должна изменяться во времени в соответствии с соотношением:
, (8.13)
представляющим собой закон релаксации основных носителей заряда в полупроводнике.
Если бы в возникшем дипольном домене напряженность электрического поля была меньше EП, то время релаксации Максвелла было бы равно:
. (8.14)
Рис. 8.6. Распределение объемного заряда и напряженности поля в образце при формировании домена сильного поля
На самом деле в области возникшего объемного заряда напряженность поля увеличится и станет больше EП. Следовательно, в выражении для τМ положительную удельную проводимость нужно заменить на удельную отрицательную дифференциальную проводимость 
, где 
– отрицательная дифференциальная подвижность, соответствующая участку вольт-амперной характеристики с отрицательной дифференциальной проводимостью. Таким образом,
. (8.15)
Из формул для Δn(t) и τМ следует, что в образце с отрицательной дифференциальной проводимостью первоначальная тепловая флуктуация концентрации электронов должна не убывать с ростом t, а увеличиваться, так как 
.
Этот факт объясняется следующими обстоятельствами. В области дипольного объемного заряда напряженность электрического поля возрастет и станет больше порогового значения, а в остальной части образца E слегка уменьшится и станет меньше EП, так как напряжение, подаваемое на образец, поддерживается постоянным. В результате этого дрейфовая скорость электронов и плотность тока в области существования объемного заряда уменьшатся, а в остальной части образца изменятся незначительно. Это приведет к дальнейшему увеличению концентрации электронов в левой части объемного заряда (за счет их подтока от катода) и концентрации нескомпенсированных доноров в правой части за счет ухода быстрых электронов от правой границы к аноду. Этот процесс прекратится и дипольный слой достигнет стабильной конфигурации, когда плотность тока внутри и вне его станет одинаковой и будет соответствовать точкам вольт‑амперной характеристики, лежащим вне участка отрицательной дифференциальной проводимости (например, точкам E = EВ и E = EД) (рис. 8.7).
Рис. 8.7. ВАХ диода Ганна [5, 32]
Спад силы тока в цепи при формировании домена сильного поля обусловлен резким уменьшением подвижности электронов в нем и, следовательно, увеличением сопротивления образца. Наиболее стабильное состояние домена соответствует минимальной мощности, потребляемой образцом от источника питания, т.е. когда плотность тока в образце имеет наименьшее возможное значение – Jmin. Тогда максимальная напряженность поля внутри домена сильного поля будет равняться EД, а вне его – EВ. Ширину или толщину домена (dД.М.) можно оценить исходя из того, что падение напряжения на образце до и после образования домена одно и то же, т.е.
, (8.16)
где исходная напряженность поля EИ = EП,
W – длина образца.
. (8.17)
Распределение напряженности электрического поля в домене зависит от концентрации электронов в данном образце. При больших n0 максимум E располагается в центре домена и зависимость E от x имеет симметричный вид. Если n0 мало, то кривая 
принимает форму, близкую к прямоугольному треугольнику.
В процессе формирования и после его окончания дипольный домен дрейфует от катода к аноду. Если предположить, что домен возникает у катода за счет неоднородности в распределении примеси, то за время пролета
, (8.18)
где 
– средняя скорость дрейфа домена, домен достигнет анода и исчезнет. После этого в образце восстановится однородное распределение поля и первоначальное (до формирования домена) значение тока. Затем за счет тепловой флуктуации у катода начнет формироваться следующий домен и т.д. Периодически повторяющиеся процессы формирования домена у катода и рассасывания его у анода приведут к соответствующему изменению сопротивления образца и силы тока.
Для того, чтобы первоначальная тепловая флуктуация концентрации электронов заметно возросла, необходим интервал времени, превосходящий τМ. Следовательно, периодическое изменение силы тока через образец будет возникать лишь в том случае, когда 
или
. (8.19)
Это неравенство называют критерием Кремера [5, 32].
Для арсенида галлия и фосфида индия 
см-2.
Режим работы диода Ганна на эффекте междолинного перехода электронов, при котором выполняется неравенство
см-2, (8.20)
называется пролетным режимом. Для его реализации необходимо включить диод в параллельную резонансную цепь, например, в СВЧ‑генератор с высокой добротностью, настроенный на пролетную частоту (
). В пролетном режиме на кривой зависимости тока от времени будут наблюдаться резкие всплески, если длина образца значительно превышает ширину домена (рис. 8.8). Для получения формы колебаний тока, близкой к синусоидальной, необходимо уменьшать длину образца или увеличивать ширину домена. Ширину домена можно увеличить, уменьшая концентрацию электронов (n0) в образце.
Рис. 8.8. Зависимость тока от времени при работе диода Ганна в пролетном режиме
При работе диода в резонаторе к нему кроме постоянного внешнего смещения оказывается приложенным также СВЧ‑поле, возникающее в резонаторе за счет колебаний тока, протекающего через диод. Предположим, что СВЧ‑поле меняется во времени по гармоническому закону, а резонатор настроен на частоту выше пролетной (
). Тогда при достаточно большой амплитуде СВЧ-поля дипольный домен в образце может рассосаться, не доходя до анода. Для этого необходимо, чтобы в полупериод, когда векторы напряженности постоянного и СВЧ-поля противоположны, суммарная напряженность поля была бы меньше EП, а длительность полупериода была бы больше τМ, соответствующего положительной подвижности. С точностью до численного коэффициента последнее условие можно записать так: 
, или
. (8.21)
Для GaAs и InP 
с/см3. Полученное неравенство является условием реализации режима работы диода с подавлением домена. В этом режиме в каждый «положительный» полупериод СВЧ‑поля в диоде E > EП и у катода зарождается домен, а в каждый «отрицательный» полупериод он рассасывается на пути к аноду. Таким образом, генерация переменного тока в этом случае происходит на частоте, определяемой параметрами резонансной цепи.
Если обеспечить одновременное выполнение двух неравенств:
, (8.22)
то диод Ганна будет работать в режиме ограниченного накопления объемного заряда (ОНОЗ). Для GaAs и InP 
с/см3. Поскольку в полученном неравенстве период СВЧ‑сигнала меньше τМ, соответствующего отрицательной дифференциальной подвижности, то в полупериод, когда E > EП, домен сильного поля не успевает полностью сформироваться, а в следующий полупериод (E < EП) он полностью рассасывается. При этом будет наблюдаться возрастание сопротивления образца в один полупериод СВЧ‑сигнала и спад его в другой, что вызывает эффективную генерацию мощности на частоте, определяемой параметрами внешней цепи.
8.5. Генерация СВЧ‑колебаний в диодах Ганна
Как любой генератор СВЧ‑диапазона, генератор Ганна характеризуется генерируемой мощностью, длиной волны, или частотой генерируемых колебаний, коэффициентом полезного действия, уровнем шумов и другими параметрами.
Выходная непрерывная мощность генераторов Ганна в пролетном режиме обычно составляет десятки – сотни милливатт, а при импульсной работе достигает сотен ватт.
Рабочая частота в пролетном режиме обратно пропорциональна длине или толщине высокоомной части кристалла (
). Связь между генерируемой мощностью и частотой можно представить в виде:
. (8.23)
Мощность генерируемых СВЧ-колебаний зависит от полного сопротивления z или от площади рабочей части высокоомного слоя полупроводника. Приведенное соотношение указывает на то, что ожидаемое изменение мощности с частотой пропорционально 
.
Верхний предел рабочей частоты диодов Ганна составляет сотни гигагерц (рис. 8.10). Генераторы Ганна из арсенида галлия могут генерировать СВЧ-колебания от 1 до 50 ГГц. Несколько бóльшие частоты получены на генераторах Ганна из фосфида индия в связи с бóльшими значениями максимальных скоростей электронов, но качество приборов из этого материала значительно ниже из-за недостаточной отработки технологии изготовления материала. Преимущество фосфида индия перед арсенидом галлия – большее значение пороговой напряженности электрического поля (10,5 и 3,2 кВ/см соответственно). Это должно позволить создать генератор Ганна с бóльшей выходной мощностью. Для создания бóльших частот генерируемых колебаний представляют интерес тройные соединения GaInSb, так как в них велики дрейфовые скорости электронов.
Рис. 8.10. Примеры характеристик диодов Ганна [33, 35]
Эффект Ганна наблюдается, помимо GaAs и InP, в электронных полупроводниках CdTe, ZnS, InSb, InAs и др., а также в Ge с дырочной проводимостью.
Коэффициент полезного действия генераторов Ганна может быть различным (от 1 до 30 %), так как технологии изготовления приборов и качество исходного полупроводникового материала существенно различаются.
В связи с возможным наличием в кристалле генератора Ганна нескольких неоднородностей зарождение домена может происходить в различные моменты времени на разном расстоянии от анода. Поэтому частота колебаний будет изменяться, т.е. могут возникать частотные шумы. Кроме частотных шумов в генераторах Ганна существуют амплитудные шумы, основной причиной появления которых являются флуктуации в скоростях движения электронов. Обычно амплитудные шумы в генераторах Ганна малы, так как дрейфовая скорость в сильных электрических полях, существующих в этих приборах, насыщена и слабо изменяется при изменении электрического поля.
Важным для практического применения генераторов Ганна является вопрос о возможности их частотной перестройки в достаточно широком диапазоне. Из принципа действия генератора Ганна ясно, что частота его должна слабо зависеть от приложенного напряжения. С увеличением приложенного напряжения несколько возрастает толщина домена, а скорость его движения изменяется незначительно. В результате при изменении напряжения от порогового до пробивного частота колебаний увеличивается всего на десятые доли процента.
Срок службы генераторов Ганна относительно мал, что связано с одновременным воздействием на кристалл полупроводника таких факторов, как сильное электрическое поле и перегрев кристалла из-за выделяющейся в нем мощности.
Все темы данного раздела:
Твердотельная электроника
Учебное пособие
Петрозаводск 2004
ББК 22.37
УДК 539.2
Г 957
Гуртов, В. А.
Г957 Твердотельная электроника: Учеб. пособие / В. А. Гуртов; ПетрГУ. – Петрозаводск, 2004. – 312 с.
ISBN 5‑8021‑0319‑1
В учебном
Зонная структура полупроводников
Согласно постулатам Бора энергетические уровни для электронов в изолированном атоме имеют дискретные значения. Твердое тело представляет собой ансамбль отдельных атомов, химическая связь между кото
Статистика электронов и дырок в полупроводниках
Равновесные процессы – процессы, происходящие в телах, которые не подвергаются внешним воздействиям. В состоянии термодинамического равновесия для данного образца кристалла при заданной температуре
Распределение квантовых состояний в зонах
Стационарные состояния электрона в идеальном кристалле характеризуются квазиимпульсом р. Запишем принцип неоднородностей Гейзенберга для квазиимпульсов dpx, dpy
Концентрация носителей заряда и положение уровня Ферми
Электроны, как частицы, обладающие полуцелым спином, подчиняются статистике Ферми – Дирака. Вероятность того, что электрон будет находиться в квантовом состоянии с энергией Е, выражается фун
Концентрация электронов и дырок в собственном полупроводнике
Напомним, что полупроводник называется собственным, если в нем отсутствуют донорные и акцепторные примеси. В этом случае электроны появляются в зоне проводимости только за счет теплового заброса из
Концентрация электронов и дырок в примесном полупроводнике
Уравнение (1.14) справедливо только для равновесных носителей заряда, то есть в отсутствие внешних воздействий. В наших обозначениях
Определение положения уровня Ферми
В предыдущих рассуждениях мы считали, что уровень Ферми задан. Посмотрим теперь, как можно найти положение уровня Ферми.
Для собственного полупроводника уравнение электронейтральности прио
Проводимость полупроводников
При приложении электрического поля к однородному полупроводнику в последнем протекает электрический ток. При наличии двух типов свободных носителей – электронов и дырок – проводимость σ
Токи в полупроводниках
Как уже отмечалось выше, проводимость, а следовательно, и ток в полупроводниках обусловлены двумя типами свободных носителей. Кроме этого, также есть две причины, обуславливающие появление электрич
Неравновесные носители
Образование свободных носителей заряда в полупроводниках связано с переходом электронов из валентной зоны в зону проводимости. Для осуществления такого перехода электрон должен получить энергию, до
Уравнение непрерывности
Динамика изменения неравновесных носителей по времени при наличии генерации и рекомбинации в полупроводнике, а также при протекании электрического тока определяется уравнением непрерывности. Для по
Ток термоэлектронной эмиссии
Рассчитаем ток эмиссии электронов с поверхности полупроводника в условиях термодинамического равновесия. Все свободные электроны в полупроводнике находятся в потенциальной яме. Функция распределени
Эффект поля, зонная диаграмма при эффекте поля
Рассмотрим зонную диаграмму приповерхностной области полупроводников в равновесных условиях. Рассмотрим, как будет меняться концентрация свободных носителей в приповерхностной области полупроводник
Концентрация электронов и дырок в области пространственного заряда
Рассчитаем, как меняется концентрация электронов и дырок в области пространственного заряда. Для определенности рассмотрим полупроводник n‑типа. В условиях термодинамического равновеси
Дебаевская длина экранирования
Количественной характеристикой эффекта поля, характеризующей глубину проникновения поля в полупроводник, является дебаевская длина экранирования. Рассмотрим случай, когда полупроводник внесен во вн
Зонная диаграмма барьера Шоттки при внешнем напряжении
Рассмотрим, как меняется зонная диаграмма контакта металл – полупроводник при приложении внешнего напряжения VG, знак которого соответствует знаку напряжения на металлическом элек
Распределение электрического поля и потенциала в барьере Шоттки
Рассмотрим более детально, как меняются электрическое поле и потенциал в области пространственного заряда контакта металл – полупроводник в виде барьера Шоттки. Для определенности будем рассматрива
Гетеропереходы
Гетеропереходом называют контакт двух полупроводников различного вида и разного типа проводимости, например, pGe – nGaAs. Отличие гетеропереходов от обычного p‑n п
Зонная диаграмма приповерхностной области полупроводника в равновесных условиях
Будем рассматривать изменение энергетического спектра свободных носителей заряда в приповерхностной области полупроводника под действием внешнего электрического поля. При этом будем считать, что на
Уравнение Пуассона для ОПЗ
Запишем уравнение Пуассона для полупроводника p-типа:
(3.6)
Величина ρ
Выражение для заряда в ОПЗ
Выражение (3.18) для заряда в ОПЗ, полученное в предыдущем параграфе, справедливо для любых значений поверхностного потенциала. Однако использование его для конкретных случаев довольно затруднено в
Избыток свободных носителей заряда
Важной характеристикой ОПЗ является значение заряда свободных носителей (электронов или дырок) Qp,n или, если выразить этот заряд в единицах элементарного заряда, велич
Среднее расстояние локализации свободных носителей от поверхности полупроводника
Для ряда процессов, протекающих в ОПЗ, важной характеристикой является среднее расстояние lc, на котором локализованы свободные носители заряда, электроны
Форма потенциального барьера на поверхности полупроводника
При решении уравнения Пуассона в разделе 3.2.1 нами был получен первый интеграл в виде (3.16). Для нахождения формы потенциального барьера, т.е. зависимости электростатического потенциала ψ
Обеднение и слабая инверсия в примесном полупроводнике
Для этой области, как следует из (3.15), функция F(ψ, φ0) имеет совсем простой вид. Второй интеграл уравнения Пуассона при этом будет равен:
Область обогащения и очень сильной инверсии в примесном полупроводнике
Будем рассматривать область изменения поверхностного потенциала ψs, когда для зарядов в ОПЗ справедливы соотношения (3.19) и (3.22). Получим форму потенциального барьера &
Емкость области пространственного заряда
Поскольку полный заряд в ОПЗ Qsc зависит от величины поверхностного потенциала ψs, то область пространственного заряда обладает определенной емкостью C
Влияние вырождения на характеристики ОПЗ полупроводника
При высоком уровне легирования полупроводниковой подложки или сильных изгибах зон уровень Ферми в ОПЗ может оказаться вблизи дна зоны проводимости или потолка валентной зоны. В этом случае выражени
Основные определения
Одной из принципиальных особенностей, характеризующих поверхность полупроводников или границу раздела полупроводника с каким-либо веществом, является изменение энергетического спектра для электроно
Природа поверхностных состояний
По физической природе поверхностные состояния разделяются на четыре основных типа [13]:
1) поверхностные состояния типа Тамма;
2) поверхностные состояния типа Шокл
Статистика заполнения ПС
Рассмотрим, как меняется заряд ПС при изменении величины поверхностного потенциала ψs. Функцию заполнения ПС возьмем в виде функции Ферми – Дирака. Величина энергии Ферми на
Уравнение электронейтральности
Рассмотрим более подробно связь между напряжением на затворе VG МДП‑структуры и поверхностным потенциалом ψs. Все приложенное напряжение V
Определение типа проводимости полупроводниковой подложки
Для определения типа проводимости подложки воспользуемся высокочастотной вольт‑фарадной характеристикой.
Как следует из эквивалентной схемы, приведенной на рисунке 3.13, и вида высок
Определение толщины подзатворного диэлектрика
Поскольку, как было показано ранее, в обогащении емкость МДП‑структуры определяется только геометрической емкостью диэлектрика Cox, то:
Определение величины и профиля концентрации легирующей примеси
Для определения величины легирующей концентрации воспользуемся следующим свойством высокочастотных C‑V характеристик МДП‑структур: их емкость в области инверсии достигает
Определение величины и знака встроенного заряда
Для определения величины и знака встроенного в диэлектрик МДП‑структуры заряда обычно пользуются высокочастотным методом ВФХ. Для этого, зная толщину подзатворного диэлектрика dox
Дифференциальный метод
Дифференциальный метод, или метод Термана, основан на сравнении экспериментальной высокочастотной емкости МДП‑структуры с теоретической расчетной емкостью идеальной МДП‑структуры с таки
Интегральный метод
Интегральный метод, или метод Берглунда, основан на анализе равновесной низкочастотной вольт-фарадной характеристики. Поскольку для равновесной низкочастотной C‑V кривой справед
Температурный метод
Температурный метод, или метод Грея – Брауна, основан на анализе изменения напряжения плоских зон VFB МДП‑структуры при изменении температуры T. При изменении темпера
Виды флуктуаций поверхностного потенциала
Предыдущее рассмотрение электрофизических процессов в МДП‑структурах неявно предполагало, что такие параметры, как величина встроенного заряда Qox, толщина подзатворного диэ
Конденсаторная модель Гоетцбергера для флуктуаций поверхностного потенциала
Пусть флуктуации поверхностного потенциала обусловлены крупномасштабными технологическими флуктуациями плотности встроенного в диэлектрик заряда Qox = qNox. Толщ
Среднеквадратичная флуктуация потенциала, обусловленная системой случайных точечных зарядов
Рассмотрим систему зарядов на бесконечной плоскости, координата каждого из которых является случайной функцией. Заряды будем считать малыми и находящимися в узлах со средним расстоянием между узлам
Потенциал, создаваемый зарядом, находящимся на границе двух сред с экранировкой
Как было показано, величина среднеквадратичной флуктуации потенциала σψ определяется потенциалом единичного точечного заряда при случайном их распределении. В связи с эт
Поле заряда, расположенного под границей двух диэлектриков
Рассмотрим случай экранировки зарядов на рисунке 3.24. Заряд q0 расположен в среде I с диэлектрической постоянной ε = ε1. Требуется найти поле,
Функция распределения потенциала при статистических флуктуациях
При рассмотрении флуктуаций поверхностного потенциала вопрос о нахождении вида функций распределения является одним из важных. Поскольку заряженные центры в МДП‑структуре дискретны и случайны
Зависимость величины среднеквадратичной флуктуации от параметров МДП-структуры
Как следует из разделов 3.7.3 и 3.7.4, для случая слабой инверсии можно получить зависимость величины среднеквадратичной флуктуации от параметров МДП‑структуры. Подставим значение для потенци
Пространственный масштаб статистических флуктуаций
Рассмотрим, какой характерный пространственный масштаб имеют статистические флуктуации поверхностного потенциала в МДП‑структурах. Пусть на границе раздела полупроводник – диэлектрик находятс
Выпрямление в диоде
Одним из главных свойств полупроводникового диода на основе p‑n перехода является резкая асимметрия вольт‑амперной характеристики: высокая проводимость при прямом смещении и низк
Характеристическое сопротивление
Различают два вида характеристического сопротивления диодов: дифференциальное сопротивление rD и сопротивление по постоянному току RD.
Дифференциальное
Варикапы
Зависимость барьерной емкости СБ от приложенного обратного напряжения VG используется для приборной реализации. Полупроводниковый диод, реализующий эту зависимос
Влияние генерации, рекомбинации и объемного сопротивления базы на характеристики реальных диодов
В реальных выпрямительных диодах на основе p‑n перехода при анализе вольт‑амперных характеристик необходимо учитывать влияние генерационно-рекомбинационных процессов в обедненной
Влияние объемного сопротивления базы диода на прямые характеристики
База диода на основе p‑n перехода обычно легирована существенно меньше, чем эмиттер. В этом случае омическое сопротивление квазинейтральных областей диода будет определяться сопротивле
Влияние температуры на характеристики диодов
Как уже отмечалось, при прямом смещении ток диода инжекционный, большой по величине и представляет собой диффузионную компоненту тока основных носителей. При обратном смещении ток диода маленький п
Стабилитроны
Стабилитроном называется полупроводниковый диод, вольт‑амперная характеристика которого имеет область резкой зависимости тока от напряжения на обратном участке вольт̴
Туннельный пробой в полупроводниках
Проанализируем более подробно механизмы туннельного и лавинного пробоя.
Рассмотрим зонную диаграмму диода с p‑n переходом при обратном смещении при условии, чт
Лавинный пробой в полупроводниках
Рассмотрим случай однородного электрического поля в полупроводнике. Если двигаясь вдоль силовых линий электрического поля электрон на расстоянии, равном длине свободного пробега λ, н
Приборные характеристики стабилитронов
Основными характеристиками стабилитрона являются ток Iст и напряжение Uст стабилизации, дифференциальное напряжение стабилитрона rст
Туннельный и обращенный диоды
Туннельным диодом называют полупроводниковый диод на основе p+‑n+ перехода с сильнолегированными областями, на прямом участке вольт-амперной
Переходные процессы в полупроводниковых диодах
При быстрых изменениях напряжения на полупроводниковом диоде на основе обычного p‑n перехода значение тока через диод, соответствующее статической вольт-амперной характеристике, устана
Основные физические процессы в биполярных транзисторах
В рабочем режиме биполярного транзистора протекают следующие физические процессы: инжекция, диффузия, рекомбинация и
Биполярный транзистор в схеме с общей базой. Зонная диаграмма и токи
На рисунке 5.6а показана зонная диаграмма биполярного транзистора в схеме с общей базой в условиях равновесия. Значками (+) и (–) на этой диаграмме указаны основные и неосновные носители.
Дифференциальные параметры биполярных транзисторов в схеме с общей базой
Основными величинами, характеризующими параметры биполярного транзистора, являются коэффициент передачи тока эмиттера α, сопротивление эмиттерного (rэ), и коллекторног
Коэффициент инжекции
Рассмотрим более подробно выражение для коэффициента переноса, для этого проанализируем компоненты эмиттерного тока, как показано на диаграмме (рис. 5.10).
Коэффициент переноса. Фундаментальное уравнение теории транзисторов
Коэффициент передачи эмиттерного тока a характеризует изменение коллекторного тока Iк при вызвавшем его изменении эмиттерного тока Iэ.
Ток коллек
Дифференциальное сопротивление эмиттерного перехода
Из выражения (5.7) для ВАХ биполярного транзистора легко получить общее выражение для дифференциального сопротивления эмиттерного перехода:
Дифференциальное сопротивление коллекторного перехода
Дифференциальное сопротивление коллекторного перехода rк определяется как
.
Коэффициент обратной связи
Коэффициент обратной связи по напряжению в биполярном транзисторе в схеме с общей базой показывает, как изменится напряжение на эмиттерном переходе при единичном изменении напряжения на коллекторно
Объемное сопротивление базы
Объемное сопротивление базы БТ в схеме с общей базой определяется чисто геометрическими особенностями конструкции БТ. Для сплавного транзистора, как показано на рисунке 5.14, общее сопротивление бу
Тепловой ток коллектора
Тепловым током коллектора Iк0 называют коллекторный ток Iк, измеренный в режиме разомкнутого эмиттерного перехода (режим холостого хода в эмиттерной цепи I
Биполярный транзистор в схеме с общим эмиттером
Схема включения биполярного транзистора с общим эмиттером приведена на рисунке 5.15:
Характеристики транзистора в этом режиме будут отличаться от характеристик в режиме с общей базой. В тр
Дрейфовые транзисторы
В предыдущих разделах рассматривался перенос инжектированных носителей через базу биполярного транзистора. Процесс переноса являлся диффузионным, поскольку электрическое поле в базе отсутствует. Пр
Параметры транзистора как четырехполюсника.
h-параметры
Биполярный транзистор в схемотехнических приложениях представляют как четырехполюсник и рассчитывают его параметры для такой схемы. Для транзистора как чет
Система z-параметров
Зададим в качестве входных параметров биполярного транзистора как четырехполюсника токи I1 и I2, а напряжения U1 и U2 будем о
Частотные и импульсные свойства транзисторов
Процесс распространения инжектированных в базу неосновных носителей заряда от эмиттерного до коллекторного перехода идет диффузионным путем. Этот процесс достаточно медленный, и инжектированные из
Глава 6. Полевые транзисторы
Физической основой работы полевого транзистора со структурой металл – диэлектрик – полупроводник является эффект поля. Напомним, что эффект поля состоит в том, что под действием внешнего электричес
Характеристики МОП ПТ в области плавного канала
Рассмотрим полевой транзистор со структурой МДП, схема которого приведена на рисунке 6.2. Координата z направлена вглубь полупроводника, y – вдоль по длине канала и х – по шири
Характеристики МОП ПТ в области отсечки
Как следует из уравнения (6.9), по мере роста напряжения исток‑сток VDS в канале может наступить такой момент, когда произойдет смыкание канала, т.е. заряд электронов в кана
Эффект смещения подложки
Рассмотрим, как меняются характеристики МДП‑транзистора при приложении напряжения между истоком и подложкой. Отметим, что приложенное напряжение между истоком и подложкой при условии наличия
Малосигнальные параметры
Для МДП‑транзистора характерны следующие малосигнальные параметры: крутизна характеристики S , внутреннее сопротивление Ri, коэффициент усиления m. Крутизна пе
Методы определения параметров МОП ПТ из характеристик
Покажем, как можно из характеристик транзистора определять параметры полупроводниковой подложки, диэлектрика и самого транзистора. Длину канала L и ширину W обычно знают из топологии
Учет диффузионного тока в канале
Запишем выражение для плотности тока в канале МДП‑транзистора с учетом дрейфовой и диффузионной составляющих тока. Имеем:
Неравновесное уравнение Пуассона
Запишем уравнение Пуассона для ОПЗ полупроводника р‑типа, находящегося в неравновесных условиях, в виде:
Уравнение электронейтральности в неравновесных условиях
Как уже отмечалось в разделе 6, для получения в явном виде вольт-амперной характеристики транзистора необходимо найти связь между поверхностным потенциалом ψs и квазиуровнем
МОП ПТ с плавающим затвором
Полевой транзистор с плавающим затвором по принципу работы похож на МНОП‑транзистор. Только в транзисторах с плавающим затвором инжектированный заряд хранится на плавающем затворе, находящемс
Приборы с зарядовой связью
Новым типом полевых полупроводниковых приборов, работающих в динамическом режиме, являются приборы с зарядовой связью (ПЗС). На рисунке 6.19 приведена схема, поясняющая устройство и основные физиче
Физические явления, ограничивающие микроминиатюризацию
Анализ показывает, что наряду с тенденцией уменьшения геометрических размеров каждого элемента в схемах проявляется тенденция к увеличению числа элементов в схеме. Если в начале 1960‑х годов
Феноменологическое описание ВАХ динистора
Для объяснения ВАХ динистора используют двухтранзисторную модель. Из рисунка 7.5 следует, что тиристор можно рассматривать как соединение р‑n‑р транзистора с n‑р‑n
Зонная диаграмма и токи диодного тиристора в открытом состоянии
В открытом состоянии (α – велики) все три перехода смещены в прямом направлении. Это происходит вследствие накопления объемных зарядов в базах n2, p2
Тринистор
Как уже говорилось, чтобы перевести тиристор в открытое состояние, необходимо накопить избыточный отрицательный заряд в базе n1 и положительный в базе р2. Это ос
Феноменологическое описание ВАХ тринистора
Аналогично как для динистора, запишем систему уравнений для тока тиристора через эмиттерный и коллекторный p‑n переходы, с учетом управляющего тока Iу через вторую ба
Требования к зонной структуре полупроводников
Эффект Ганна наблюдается главным образом в двухдолинных полупроводниках, зона проводимости которых состоит из одной нижней долины и нескольких верхних долин [32, 33].
Для того, чтобы при п
Статическая ВАХ арсенида галлия
Получим зависимость скорости дрейфа электронов от поля υД(E) для случая отрицательного дифференциального сопротивления.
Продифференцировав уравнение
Глава 9. Классификация и обозначения полупроводниковых приборов
При использовании полупроводниковых приборов в электронных устройствах для унификации их обозначения и стандартизации параметров используются системы условных обозначений. Эта система классифицируе
Условные обозначения и классификация отечественных полупроводниковых приборов
Рассмотрим на примере ОСТ 11.336.919‑81 «Приборы полупроводниковые. Система условных обозначений» систему обозначений полупроводниковых приборов, которая состоит из 5 элементов. В основу сист
Условные обозначения и классификация зарубежных полупроводниковых приборов
За рубежом существуют различные системы обозначений полупроводниковых приборов [36, 38]. Наиболее распространенной является система обозначений JEDEC, принятая объединенным техническим советом по э
Графические обозначения и стандарты
В технической документации и специальной литературе применяются условные графические обозначения полупроводниковых приборов в соответствии с ГОСТ 2.730‑73 «Обозначения условные, графические в
Условные обозначения электрических параметров и сравнительные справочные данные полупроводниковых приборов
Для полупроводниковых приборов определены и стандартизованы значения основных электрических параметров и предельные эксплутационные характеристики, которые приводятся в справочниках. К таким параме
Основные обозначения
А – постоянная Ричардсона
С – электрическая емкость
CB – барьерная емкость p-n перехода
CD – диффузионная емко
Диод выпрямительный
C – емкость диода
CБ – барьерная емкость
CD – диффузионная емкость
Cп Cd – емкость п
Биполярный транзистор
Eк EC – напряжение источника питания коллекторной цепи
h11 – входное сопротивление при коротком замыкании на выходе
Полевой транзистор
Сox – удельная емкость подзатворного диэлектрика
Iс ID – ток стока
Iз IG
Физические параметры важнейших полупроводников
Параметр
Обозначение
Si
Ge
GaAs
InSb
Ширина запрещенной зоны, эВ
300 К
Свойства диэлектриков
Eg, эВ
εст
ε∞
ρ, г-1∙см-3
Список рекомендованной литературы
1. Физика твердого тела: Энциклопедический словарь /Гл. ред. В.Г. Барьяхтар, зам. глав. ред. В. Л. Винецкий. Т. 1, 2. Киев: Наукова думка, 1998.
2. Sah C.‑T. Fundamen
Новости и инфо для студентов