Физические основы электроники

1. РАЗДЕЛ 2. Электроника

Тема: Физические основы
электроники

2. Содержание

• 1. Энергетические зоны полупроводников.
• 2. Собственная проводимость полупроводников.
• 3. Примесная проводимость полупроводников.
• 4. Дрейфовый и диффузионный токи в
полупроводниках.
• 5. Электронно-дырочный переход.

3. 1. Энергетические зоны полупроводников.

Диапазон энергий, в котором лежит энергия электрона,
удерживаемого ковалентной связью, называется зоной
валентности, или валентной зоной.
Диапазон энергий, в котором лежит энергия электрона,
разорвавшего ковалентную связь и ставшего свободным,
называется зоной проводимости.
Графическое изображение этих энергетических зон
называется зонной энергетической диаграммой
Зонные энергетические диаграммы

4. 2. Собственная проводимость полупроводников

Собственным полупроводником, или же полупроводником i-типа
называется идеально химически чистый полупроводник с
однородной кристаллической решёткой.
Процесс образования
пары зарядов электрон
и дырка называется
генерацией заряда.
Процесс передвижения
электронов на место дырок
называется рекомбинацией
зарядов.
Проводимость полупроводника за счёт
собственных носителей заряда
называется собственной проводимостью
полупроводника.
Дырки и свободные
электроны,
образующиеся в результате
генерации носителей заряда,
называются собственными
носителями заряда

5. 3. Примесная проводимость полупроводников

Если в полупроводник ввести пятивалентную примесь, то 4
валентных электрона восстанавливают ковалентные связи с
атомами полупроводника, а 5-й электрон остается свободным, и
концентрация электронов будет превышать концентрацию дырок.
Примесь, за счёт которой ni>pi,
называется донорной примесью.
Полупроводник, у которого ni>pi,
называется полупроводником с
электронным типом
проводимости, или
полупроводником n-типа.
В полупроводнике n-типа
электроны называются
основными носителями заряда, а
дырки – неосновными
носителями заряда.

6. 3. Примесная проводимость полупроводников

При введении трехвалентной примеси, 3 валентных электрона
восстанавливают ковалентные связи с атомами полупроводника,
а 4-я связь будет невосстановленной т.е. имеет место дырка и
концентрация дырок будет превышать концентрацию электронов.
Примесь, при которой pi>ni,
называется акцепторной
примесью.
Полупроводник, у которого pi>ni,
называется полупроводником
с дырочным типом
проводимости,
или полупроводником p-типа.
В полупроводнике p-типа дырки
называются основными
носителями заряда, а электроны
– неосновными
носителями заряда.

7. 4. Дрейфовый и диффузионный токи в полупроводниках

Дрейфовый ток в полупроводнике – это ток, возникающий за счёт
приложенного электрического поля. При этом электроны движутся
навстречу линиям напряжённости поля, а дырки – по направлению
линий напряжённости поля.
Диффузионный ток – это ток, возникающий из-за неравномерной
концентрации носителей заряда и зависящий от теплового
воздействия.
n2>n1; n2-n1 = Δn

8. 5. Электронно-дырочный переход

Электроннодырочный переход
(или n–p-переход) –
это область контакта
двух полупроводников с разными
типами проводимости.
Ввиду неравномерной концентрации на границе раздела p
и n-nолупроводников возникает диффузионный ток, за счёт
которого электроны из n-области переходят в p-область, а на их
месте остаются некомпенсированные заряды положительных
ионов донорной примеси.
Электроны, приходящие в p-область, рекомбинируют с
дырками, и возникают некомпенсированные заряды
отрицательных ионов акцепторной примеси.

9.

На границе раздела возникает
внутреннее электрическое поле
p-n перехода, которое будет
тормозящим для основных
носителей заряда и будет их
отбрасывать от границы
раздела.
Распределение
потенциала по ширине
полупроводника называется
потенциальной диаграммой.
Разность потенциалов
на p-n переходе называется
контактной разностью
потенциалов или
потенциальным барьером

10. Прямое и обратное включение p-n перехода

11. Свойства и характеристики p-n перехода

К основным свойствам p-n перехода относятся:
свойство односторонней проводимости;
температурные свойства;
частотные характеристики;
пробой.
Температурное свойство pn перехода показывает, как
изменяется работа p-n перехода
при изменении температуры.
При увеличении
температуры увеличивается
термогенерация носителей заряда,
что приводит к увеличению как
прямого, так и обратного тока.
Вольтамперной характеристикой (ВАХ)
называется графически выраженная зависимость величины
протекающего через p-n переход тока от величины приложенного
напряжения I = f(U).

12. Пробой p-n перехода

Явление сильного
увеличения обратного
тока при
определённом обратном
напряжении называется
электрическим пробоем
p-n перехода.
Электрический пробой –
это обратимый пробой
Тепловой пробой необратим.
При продолжительном
действии обратного
напряжения
полупроводник
перегревается и
наступает тепловой
пробой, p-n переход
сгорает.

13. Контрольный тест

1. Ввод в собственный полупроводник акцепторной примеси
изменяет проводимость полупроводника на:
1. Электронную
2. Донорную
3. Дырочную
4. Проводимость полупроводника не изменится
5. Акцепторную
2. Виды пробоя, возможные в p-n-переходе
1. Тепловой пробой
2. Электрический пробой
3. Электронный пробой
3. Электронно-дырочный переход (или p-n переход) – это
1. Переход электрона с одного полупроводника на другой
2. Область контакта двух полупроводников с разными типами
проводимости
3. Передвижение электронов на место дырок
4. При прямом включении p-n перехода:
1. К р-области подключается «+», к n-области «-»
2. К р-области подключается «-», к n-области «+»
3. К обоим полупроводникам подключается «+»
4. К обоим полупроводникам подключается «-»
5. Какая характеристика изображена на рисунке?
1. Выходная
2. Входная
3. Вольтамперная