Resistors semiconductor diodes transistors. Mga resistor ng semiconductor




semiconductor diode ay tinatawag na two-electrode device na may one-sided conductivity. Ang disenyo nito ay batay sa ekwilibriyo R-n paglipat. Ayon sa likas na katangian ng pagbuo ng paglipat, ang mga diode ay nahahati sa punto at planar.

Ang mga semiconductor triode ay nakahanap ng malawak na aplikasyon para sa pag-convert, pagpapalakas at pagbuo ng mga electrical oscillations - mga transistor. Para gumana ang transistor, kinakailangan na magkaroon ng dalawang electron-hole junctions; kadalasang ginagamit ang germanium bilang semiconductor.

Sa paggamit ng mga transistor n-p-n junction, semiconductor R-uri na matatagpuan sa pagitan ng mga semiconductor n-type, Ang aparato ng isang planar bipolar transistor ay ipinapakita sa Figure 2.7.


kanin. 2.7. Ang prinsipyo ng aparato ng transistor at ang imahe ng mga transistor sa mga diagram.

Sa transistor na ito n-p-n uri, mayroong isang gitnang rehiyon na may butas na kondaktibiti, at dalawang matinding rehiyon na may elektronikong kondaktibiti. Ang gitnang rehiyon ng transistor ay tinatawag na - base, ang isang matinding rehiyon ay emitter , isa pa - kolektor. Kaya, ang transistor ay may dalawa n-p paglipat: emitter sa pagitan ng emitter at base kolektor sa pagitan ng base at kolektor. Ang distansya sa pagitan ng mga ito ay dapat na napakaliit, hindi hihigit sa ilang micrometer, i.e. ang base area ay dapat na masyadong manipis. Ito ay isang kondisyon para sa mahusay na pagganap ng transistor. Bilang karagdagan, ang konsentrasyon ng mga impurities sa base ay palaging mas mababa kaysa sa kolektor at emitter. Sa eskematiko na mga imahe ng transistors, ipinapakita ng arrow ang direksyon ng kasalukuyang (kondisyon, mula plus hanggang minus) sa emitter wire na may pasulong na boltahe sa emitter junction.

Isaalang-alang ang pagpapatakbo ng transistor sa mode na walang pag-load, kapag ang mga pinagmumulan lamang ng pare-parehong boltahe ng supply E 1 at E 2 ay naka-on (Larawan 2.8).

Ang kanilang polarity ay tulad na ang boltahe sa emitter junction ay direkta, at sa collector junction ito ay baligtad. Samakatuwid, ang paglaban ng emitter junction ay maliit, at upang makakuha ng isang normal na kasalukuyang sa kantong na ito, ang isang boltahe E 1 ng tenths ng isang bolta ay sapat. Ang paglaban ng kolektor junction ay mataas, at ang boltahe E 2 ay karaniwang mga yunit o sampu-sampung volts.

kanin. 2.8. Ang paggalaw ng mga electron at butas sa isang n-p-n type transistor.

Ang prinsipyo ng pagpapatakbo ng transistor ay ang direktang boltahe ng emitter junction, i.e., ang base-emitter section, ay makabuluhang nakakaapekto sa collector current: mas mataas ang boltahe na ito, mas malaki ang emitter at collector currents. Sa kasong ito, ang mga pagbabago sa kasalukuyang kolektor ay bahagyang mas mababa kaysa sa mga pagbabago sa kasalukuyang emitter. Kaya, ang boltahe sa pagitan ng base at ang emitter E 1, i.e. input boltahe, kinokontrol ang kasalukuyang kolektor. Ang pagpapalakas ng mga de-koryenteng oscillations sa tulong ng isang transistor ay tiyak na batay sa hindi pangkaraniwang bagay na ito.

Ang mga pisikal na proseso sa transistor ay nangyayari tulad ng sumusunod. Sa pagtaas ng direktang input boltahe E 1, ang potensyal na hadlang sa emitter junction ay bumababa at, nang naaayon, ang kasalukuyang sa pamamagitan ng junction na ito ay tumataas - ang emitter current i eh. Ang mga electron ng kasalukuyang ito ay na-injected mula sa emitter papunta sa base at, dahil sa pagsasabog, tumagos sa base papunta sa collector junction, pinatataas ang collector current. Dahil ang collector junction ay gumagana sa reverse boltahe, lumilitaw ang mga singil sa espasyo sa junction na ito, na ipinapakita sa figure sa pamamagitan ng mga bilog na may mga palatandaan na "+" at "-". Sa pagitan nila ay may electric field. Itinataguyod nito ang pagsulong (pagkuha) sa pamamagitan ng collector junction ng mga electron na dumating dito mula sa emitter, i.e. kumukuha ng mga electron sa rehiyon ng collector junction.

Kung ang kapal ng base ay sapat na maliit at ang konsentrasyon ng mga butas dito ay mababa, kung gayon ang karamihan ng mga electron, na dumaan sa base, ay walang oras upang muling pagsamahin sa mga base hole at maabot ang kolektor junction. Isang maliit na bahagi lamang ng mga electron ang muling pinagsama sa mga butas sa base. Bilang resulta ng recombination, isang base current ang dumadaloy sa base wire. Sa katunayan, sa steady state, ang bilang ng mga butas sa base ay dapat na hindi nagbabago. Bilang resulta ng recombination, ang ilang mga butas ay nawawala bawat segundo, ngunit ang parehong bilang ng mga bagong butas ay lumitaw dahil sa ang katunayan na ang parehong bilang ng mga electron ay umalis sa base sa direksyon ng pinagmulan E 1 pole. Sa madaling salita, maraming mga electron ang hindi makakaipon sa base.

Kung ang base ay may malaking kapal at ang konsentrasyon ng mga butas sa loob nito ay mataas, kung gayon ang karamihan sa mga kasalukuyang electron ng emitter, na nagkakalat sa base, ay muling magsasama sa mga butas at hindi makakarating sa kantong kolektor.

Sa ilalim ng pagkilos ng input boltahe, isang makabuluhang emitter kasalukuyang arises, ang mga electron ay injected sa base rehiyon mula sa emitter side, na kung saan ay minorya carrier para sa rehiyon na ito. Walang oras upang muling pagsamahin ang mga butas sa panahon ng pagsasabog sa base, naabot nila ang kantong kolektor. Kung mas malaki ang emitter current, mas maraming electron ang dumarating sa collector junction at mas mababa ang resistensya nito. Alinsunod dito, tumataas ang kasalukuyang kolektor. Sa madaling salita, na may pagtaas sa kasalukuyang emitter sa base, ang konsentrasyon ng mga carrier ng minorya na injected mula sa emitter ay tumataas, at mas maraming mga carrier na ito, mas malaki ang collector junction current, i.e. kasalukuyang kolektor ako sa .

Dapat pansinin na ang emitter at kolektor ay maaaring palitan (ang tinatawag na inverse mode). Ngunit sa mga transistor, bilang panuntunan, ang collector junction ay ginawa na may mas malaking lugar kaysa sa emitter junction, dahil ang kapangyarihan na nawala sa collector junction ay mas malaki kaysa sa power dissipated sa emitter. Samakatuwid, kung gagamitin mo ang emitter bilang isang kolektor, kung gayon ang transistor ay gagana, ngunit maaari lamang itong magamit sa isang mas mababang kapangyarihan, na hindi praktikal. Kung ang mga lugar ng junction ay ginawang pareho (transistor sa kasong ito ay tinatawag simetriko), kung gayon ang alinman sa mga matinding rehiyon ay maaaring pantay na gumagana bilang isang emitter o kolektor.

Isinasaalang-alang namin ang pisikal na phenomena sa n-p-n type transistor. Ang mga katulad na proseso ay nangyayari sa isang p-n-p transistor, ngunit sa loob nito ang mga tungkulin ng mga electron at mga butas ay nagbabago, at nagbabago rin sila sa reverse boltahe polarities at kasalukuyang mga direksyon.

Ang tatlong pinakakaraniwang paraan upang i-on ang mga transistor ay:

- karaniwang base circuit kapag ang emitter input at collector output

konektado sa isang karaniwang base;

- sa isang karaniwang emitter circuit circuit ng output ng kolektor

kumokonekta sa emitter sa halip na base;

- karaniwang collector circuit, kung hindi man ay tinatawag na emitter repeater.

Konklusyon: 1. Ang pagkakaroon ng mga impurities sa mga semiconductor ay nagdudulot ng paglabag sa pagkakapantay-pantay sa pagitan ng bilang ng mga butas at mga electron, at ang electric current ay malilikha pangunahin sa pamamagitan ng mga singil ng parehong sign, depende sa kung ano ang nananaig sa semiconductor.

2. Ang disenyo ng anumang semiconductor device ay nakabatay sa equilibrium R-n mga transition.

Inihanda

Isang mag-aaral ng 10 "A" na klase

Paaralan Blg. 610

Ivchin Alexey

Abstract sa paksa:

"Semiconductor diodes at transistors, mga lugar ng kanilang aplikasyon"

1. Semiconductor: teorya at katangian
2. Mga pangunahing aparatong semiconductor (Istruktura at aplikasyon)
3. Mga uri ng mga aparatong semiconductor
4. Produksyon
5. Saklaw

1. Semiconductor: teorya at katangian

Una kailangan mong pamilyar sa mekanismo ng pagpapadaloy sa semiconductors. At para dito kailangan mong maunawaan ang likas na katangian ng mga bono na humahawak sa mga atomo ng isang semiconductor na kristal sa tabi ng bawat isa. Halimbawa, isaalang-alang ang isang silikon na kristal.

Ang silikon ay isang elementong tetravalent. Nangangahulugan ito na sa panlabas

Ang shell ng isang atom ay may apat na electron, medyo mahina ang pagkakatali sa nucleus. Ang bilang ng pinakamalapit na kapitbahay ng bawat silicon atom ay apat din. Ang pakikipag-ugnayan ng isang pares ng mga kalapit na atom ay isinasagawa gamit ang isang paonoelectronic bond, na tinatawag na covalent bond. Sa pagbuo ng bono na ito mula sa bawat atom, isang valence electron ang nakikilahok, na nahati mula sa mga atomo (na kinolektibo ng kristal) at, sa kanilang paggalaw, ginugugol ang karamihan ng kanilang oras sa espasyo sa pagitan ng mga kalapit na atomo. Ang kanilang negatibong singil ay nagpapanatili sa mga positibong ion ng silikon na malapit sa isa't isa. Ang bawat atom ay bumubuo ng apat na bono sa mga kapitbahay nito, at anumang valence electron ay maaaring gumalaw kasama ang isa sa kanila. Nang maabot ang kalapit na atom, maaari itong magpatuloy sa susunod, at pagkatapos ay higit pa sa buong kristal.
Ang mga electron ng Valence ay nabibilang sa buong kristal. Ang mga pares-electron bond ng silikon ay medyo malakas at hindi nasisira sa mababang temperatura. Samakatuwid, ang silikon ay hindi nagsasagawa ng kuryente sa mababang temperatura. Ang mga valence electron na nakikilahok sa pagbubuklod ng mga atomo ay mahigpit na nakakabit sa kristal na sala-sala, at ang panlabas na electric field ay walang kapansin-pansing epekto sa kanilang paggalaw.

elektronikong kondaktibiti.
Kapag ang silikon ay pinainit, ang kinetic energy ng mga particle ay tumataas, at ang mga indibidwal na bono ay nasira. Ang ilang mga electron ay umalis sa kanilang mga orbit at nagiging malaya, tulad ng mga electron sa isang metal. Sa isang electric field, lumilipat sila sa pagitan ng mga site ng sala-sala, na bumubuo ng isang electric current.
Ang conductivity ng semiconductors dahil sa pagkakaroon ng mga libreng electron sa mga metal ay tinatawag na electronic conductivity. Habang tumataas ang temperatura, tumataas ang bilang ng mga nasirang bono, at samakatuwid ang bilang ng mga libreng electron. Kapag pinainit mula 300 hanggang 700 K, ang bilang ng mga carrier ng libreng bayad ay tataas mula 10–17 hanggang 10–24 1/m V3. Ito ay humahantong sa pagbaba ng resistensya.

pagpapadaloy ng butas.

Kapag ang bono ay nasira, ang isang bakante ay nabuo sa nawawalang elektron.
Ito ay tinatawag na butas. Ang butas ay may labis na positibong singil kumpara sa iba pang mga normal na bono. Ang posisyon ng butas sa kristal ay hindi naayos. Ang sumusunod na proseso ay patuloy na nangyayari. Ang isa sa mga electron na nagbibigay ng bono sa pagitan ng mga atomo ay tumalon sa lugar ng nabuong mga butas at ibinalik ang pares-electron bond dito. at kung saan tumalon ang elektron, nabuo ang isang bagong butas. Kaya, ang butas ay maaaring lumipat sa buong kristal.
Kung ang lakas ng electric field sa sample ay zero, kung gayon ang paggalaw ng mga butas, katumbas ng paggalaw ng mga positibong singil, ay nangyayari nang random at samakatuwid ay hindi lumilikha ng isang electric current. Sa pagkakaroon ng isang electric field, ang isang iniutos na paggalaw ng mga butas ay nangyayari, at, sa gayon, ang isang electric current na nauugnay sa paggalaw ng mga butas ay idinagdag sa electric current ng mga libreng electron. Ang direksyon ng paggalaw ng mga butas ay kabaligtaran sa direksyon ng paggalaw ng mga electron.
Kaya, sa semiconductors mayroong dalawang uri ng mga carrier ng singil: mga electron at mga butas. Samakatuwid, ang mga semiconductor ay hindi lamang electronic, kundi pati na rin ang conductivity ng butas. Ang conductivity sa ilalim ng mga kundisyong ito ay tinatawag na intrinsic conductivity ng semiconductors. Ang intrinsic conductivity ng semiconductors ay kadalasang mababa, dahil ang bilang ng mga libreng electron ay maliit, halimbawa, sa germanium sa room temperature ne = 3 by 10 sa 23 cm sa -3. Kasabay nito, ang bilang ng germanium atoms sa 1 cubic cm ay humigit-kumulang 10–23. Kaya, ang bilang ng mga libreng electron ay humigit-kumulang isang sampung-bilyon ng kabuuang bilang ng mga atomo.

Ang isang mahalagang tampok ng mga semiconductor ay na sa pagkakaroon ng mga impurities, kasama ang kanilang sariling kondaktibiti, isang karagdagang isa arises - impurity conductivity. Sa pamamagitan ng pagbabago ng konsentrasyon ng karumihan, ang isa ay maaaring makabuluhang baguhin ang bilang ng mga tagadala ng singil ng isang tanda o isa pa. Ginagawa nitong posible na lumikha ng mga semiconductors na may pangunahing konsentrasyon ng alinman sa negatibo o positibong sisingilin na mga carrier. Ang tampok na ito ng semiconductors ay nagbubukas ng malawak na mga posibilidad para sa mga praktikal na aplikasyon.

mga dumi ng donor.
Lumalabas na sa pagkakaroon ng mga impurities, tulad ng mga arsenic atoms, kahit na sa napakababang konsentrasyon, ang bilang ng mga libreng electron ay tumataas nang maraming beses. Nangyayari ito sa sumusunod na dahilan. Ang mga arsenic atom ay may limang valence electron, apat sa mga ito ay kasangkot sa paglikha ng isang covalent bond ng isang ibinigay na atom kasama ang mga nakapaligid na mga, halimbawa, na may mga silicon na atom. Ang ikalimang valence electron ay mahinang nakagapos sa atom. Madali itong umalis sa arsenic atom at nagiging libre. Ang konsentrasyon ng mga libreng electron ay tumataas nang malaki, at nagiging isang libong beses na mas malaki kaysa sa konsentrasyon ng mga libreng electron sa isang purong semiconductor. Ang mga impurities na madaling mag-donate ng mga electron ay tinatawag na donor impurities, at ang mga naturang semiconductors ay mga n-type na semiconductors. Sa isang n-type na semiconductor, ang mga electron ang karamihan sa mga tagadala ng singil, at ang mga butas ay ang mga menor de edad.

mga impurities ng acceptor.
Kung ang indium, na ang mga atomo ay trivalent, ay ginagamit bilang isang karumihan, kung gayon ang likas na katangian ng kondaktibiti ng semiconductor ay nagbabago. Ngayon, para sa pagbuo ng mga normal na pares-electron bond sa mga kapitbahay, ang indium atom ay walang elektron. Bilang resulta, nabuo ang isang butas. Ang bilang ng mga butas sa isang kristal ay katumbas ng bilang ng mga atomo ng karumihan. Ang ganitong mga impurities ay tinatawag na acceptor (accepting) impurities. Sa pagkakaroon ng isang electric field, ang mga butas ay gumagalaw sa kahabaan ng field at nangyayari ang pagpapadaloy ng butas. Ang mga semiconductor na may nangingibabaw na pagpapadaloy ng butas sa pagpapadaloy ng elektron ay tinatawag na mga semiconductor na uri ng p (mula sa salitang positiv - positibo).

2.Mga pangunahing aparatong semiconductor (Istruktura at aplikasyon)
Mayroong dalawang pangunahing mga aparatong semiconductor: diode at transistor.

Diode.
Sa kasalukuyan, ang mga semiconductor diode ay lalong ginagamit upang itama ang electric current sa mga radio circuit, kasama ang dalawang-electrode lamp, dahil mayroon silang ilang mga pakinabang. Sa isang vacuum tube, ang mga carrier ng singil, mga electron, ay nabuo sa pamamagitan ng pag-init ng katod. Sa p-n junction, ang mga tagadala ng singil ay nabuo kapag ang isang acceptor o donor na impurity ay ipinakilala sa kristal. Kaya, hindi na kailangan ng isang mapagkukunan ng enerhiya upang makakuha ng mga carrier ng singil. Sa mga kumplikadong circuit, ang mga pagtitipid ng enerhiya na nakuha dahil dito ay naging napaka makabuluhan. Bilang karagdagan, ang mga semiconductor rectifier na may parehong mga halaga ng naayos na kasalukuyang ay mas maliit kaysa sa mga lampara.

Ang kasalukuyang-boltahe na katangian para sa direkta at baligtad na koneksyon ay ipinapakita sa Figure 2.

Pinalitan nila ang mga lamp, ang mga ito ay napakalawak na ginagamit sa teknolohiya, pangunahin para sa mga rectifier, at ang mga diode ay nakahanap din ng aplikasyon sa iba't ibang mga aparato.

Transistor.
Isaalang-alang natin ang isa sa mga uri ng transistor na gawa sa germanium o silicon na may mga donor at acceptor na dumi na ipinasok sa kanila. Ang pamamahagi ng mga impurities ay tulad na ang isang napaka manipis (sa pagkakasunud-sunod ng ilang micrometers) n-type na semiconductor layer ay nilikha sa pagitan ng dalawang p-type na semiconductor layer (Fig. 3.
Ang manipis na layer na ito ay tinatawag na base o base. Dalawang p-n junction ang nabuo sa kristal, na ang mga direktang direksyon ay magkasalungat. Tatlong lead mula sa mga rehiyon na may iba't ibang uri ng conductivity ay nagpapahintulot sa transistor na maisama sa circuit na ipinapakita sa Figure 3. Sa pagsasama na ito, ang kaliwang p-n junction ay direkta at naghihiwalay sa base mula sa rehiyon na may p-type conductivity, na tinatawag na emitter. Kung walang karapatan p -n
-junction, sa emitter-base circuit magkakaroon ng kasalukuyang depende sa boltahe ng mga mapagkukunan (baterya B1 at AC boltahe pinagmulan) at ang paglaban ng circuit, kabilang ang mababang pagtutol ng direktang emitter-base junction. Ang baterya B2 ay konektado upang ang kanang pn junction sa circuit (tingnan ang Fig. 3) ay baligtad. Pinaghihiwalay nito ang base mula sa kanang p-type na rehiyon na tinatawag na kolektor. Kung walang natitirang p-n-junction, ang kasalukuyang lakas at ang collector circuit ay magiging malapit sa zero. Dahil ang paglaban ng reverse transition ay napakataas. Kung mayroong isang kasalukuyang sa kaliwang p-n junction, isang kasalukuyang lumilitaw din sa circuit ng kolektor, at ang kasalukuyang sa kolektor ay bahagyang mas mababa kaysa sa kasalukuyang sa emitter. Kapag ang isang boltahe ay nilikha sa pagitan ng emitter at ang base, ang pangunahing carrier ng p-type semiconductor - ang mga butas ay tumagos sa base, gdr sila ay mga pangunahing carrier na. Dahil ang kapal ng base ay napakaliit at ang bilang ng karamihan sa mga carrier (mga electron) sa loob nito ay maliit, ang mga butas na nahulog dito ay halos hindi pinagsama (hindi muling pinagsama) sa mga electron ng base at tumagos sa kolektor dahil sa pagsasabog. Ang kanang p-n-junction ay sarado para sa mga pangunahing carrier ng singil ng base - mga electron, ngunit hindi para sa mga butas. Sa kolektor, ang mga butas ay dinadala ng electric field at isinara ang circuit.
Ang lakas ng kasalukuyang sumasanga sa emitter circuit mula sa base ay napakaliit, dahil ang cross-sectional area ng base sa pahalang (tingnan ang Fig. 3) na eroplano ay mas maliit kaysa sa cross-section sa vertical na eroplano . Ang kasalukuyang sa kolektor, na halos katumbas ng kasalukuyang sa emitter, ay nagbabago kasama ang kasalukuyang sa emitter.
Ang paglaban ng risistor R ay may maliit na epekto sa kasalukuyang kolektor, at ang paglaban na ito ay maaaring gawin nang malaki. Sa pamamagitan ng pagkontrol sa kasalukuyang emitter na may pinagmumulan ng boltahe ng AC na kasama sa circuit nito, makakakuha tayo ng sabay-sabay na pagbabago sa boltahe sa risistor. Sa isang malaking resistensya ng risistor, ang pagbabago ng boltahe sa kabuuan nito ay maaaring sampu-sampung libong beses na mas malaki kaysa sa pagbabago ng signal sa emitter circuit. Nangangahulugan ito ng paglaki ng boltahe. Samakatuwid, sa load R, posible na makakuha ng mga de-koryenteng signal na ang kapangyarihan ay maraming beses na mas malaki kaysa sa kapangyarihan na pumapasok sa emitter circuit. Pinapalitan nila ang mga vacuum tubes at malawakang ginagamit sa teknolohiya.

3. Mga uri ng mga aparatong semiconductor.
Bilang karagdagan sa mga planar diode sa Fig. 8 at mga transistor, mayroon ding mga point diode sa Fig. 4. Ang mga point transistors (tingnan ang istraktura sa figure) ay hinuhubog bago gamitin, i.e. pumasa sa isang kasalukuyang ng isang tiyak na magnitude, bilang isang resulta kung saan ang isang rehiyon na may butas na kondaktibiti ay nabuo sa ilalim ng dulo ng kawad. Ang mga transistor ay mga uri ng p-n-p at n-p-n. Pagtatalaga at pangkalahatang view sa Figure 5.
May mga larawan at thermal resistors at varistors, tingnan ang figure. Kasama sa mga planar diode ang selenium rectifier. Ang ibabaw ng selenium ay pinahiran ng isang haluang metal na cadmium, bilang isang resulta kung saan ang isang pelikula na may elektronikong kondaktibiti ay nabuo, bilang isang resulta kung saan nabuo ang isang rectifying kasalukuyang paglipat.

4. Produksyon
Ang teknolohiya ng pagmamanupaktura ng diode ay ang mga sumusunod. Ang isang piraso ng indium ay natutunaw sa ibabaw ng isang parisukat na plato na may sukat na 2-4 cm2 at isang kapal ng ilang mga fraction ng isang milimetro, na pinutol mula sa isang semiconductor na kristal na may elektronikong kondaktibiti. Matindi ang pagsasama ng Indium sa plato. Kasabay nito, tumagos ang mga atomo ng indium
(nagkakalat) sa kapal ng plato, na bumubuo sa loob nito ng isang rehiyon na may pamamayani ng kondaktibiti ng butas. Ang thinner ang semiconductor wafer. mas mababa ang paglaban ng diode sa direksyon ng pasulong, mas malaki ang kasalukuyang naituwid ng diode. Ang mga contact ng diode ay isang patak ng indium at isang metal na disk o baras na may mga lead wire.
Matapos i-assemble ang transistor, naka-mount ito sa isang kaso, nakakonekta ang isang email. mga terminal sa mga contact plate ng kristal at ang output ng pakete at i-seal ang pakete.

5. Saklaw

Ang mga diode ay napaka maaasahan, ngunit ang limitasyon ng kanilang paggamit ay mula -70 hanggang 125 C. Dahil. para sa isang point diode, ang lugar ng contact ay napakaliit, samakatuwid, ang mga alon na maaaring itama ng naturang mga diode ay hindi hihigit sa 10-15 mA. At ang mga ito ay pangunahing ginagamit para sa modulating high-frequency oscillations at para sa pagsukat ng mga instrumento. Para sa anumang diode, mayroong ilang maximum na pinapayagang limitasyon para sa pasulong at baligtad na kasalukuyang, depende sa pasulong at baligtad na boltahe at pagtukoy sa mga katangian ng pagwawasto at lakas nito.

Ang mga transistor, tulad ng mga diode, ay sensitibo sa temperatura at labis na karga at tumagos na radiation. Ang mga transistor, hindi tulad ng mga radio tube, ay nasusunog dahil sa hindi tamang koneksyon.

-----------------------

Figure 2

Larawan 1

Larawan 3

Larawan 4

Larawan 5

Larawan 4

SEMICONDUCTOR DIODES

Ang mga semiconductor diode ay mga aparatong semiconductor na may isang electrical junction at dalawang terminal. Ginagamit ang mga ito para sa pagwawasto ng alternating current, pag-detect ng mga variable oscillations, pag-convert ng microwave oscillations sa intermediate frequency oscillations, pag-stabilize ng boltahe sa DC circuits, atbp. Ayon sa kanilang layunin, ang mga semiconductor diode ay nahahati sa rectifier, high-frequency, varicaps, zener diodes, atbp. .

rectifier diodes. Ang rectifier semiconductor diodes ay idinisenyo upang i-convert ang AC sa DC.

Ang batayan ng modernong rectifier diodes ay ang electron-hole junction (EHP), na nakuha sa pamamagitan ng fusion o diffusion. Ang materyal na ginamit ay germanium o silikon.

Upang makakuha ng malalaking halaga ng mga rectified na alon sa rectifier diodes, ang mga EAF na may malaking lugar ay ginagamit, dahil para sa normal na operasyon ng diode, ang kasalukuyang density sa pamamagitan ng junction ay hindi dapat lumampas sa 1-2 A / mm 2.

Ang ganitong mga diode ay tinatawag na planar. Ang disenyo ng isang low power planar semiconductor diode ay ipinapakita sa fig. 2.1, a. Upang mapabuti ang pagwawaldas ng init sa mga diode ng daluyan At mataas na kapangyarihan, ang isang tornilyo ay hinangin sa kanilang kaso, kung saan ang mga diode ay nakakabit sa isang espesyal na radiator o tsasis (Larawan 2.1, b).

Ang pangunahing katangian ng isang rectifier diode ay ang kasalukuyang-boltahe na katangian (CVC). Ang uri ng CVC ay nakasalalay sa materyal at temperatura ng semiconductor (Larawan 2.2, a at b).

Ang mga pangunahing parameter ng rectifier semiconductor diodes ay:

pare-pareho ang pasulong na boltahe U np sa isang naibigay na pasulong na kasalukuyang;

ang maximum na pinahihintulutang reverse boltahe U o 6 p max kung saan ang diode ay maaari pa ring gumana nang normal sa mahabang panahon;

direktang reverse current na dumadaloy sa diode sa reverse boltahe na katumbas ng U o 6 p max;

average na rectified kasalukuyang, na maaaring dumaan sa diode sa loob ng mahabang panahon sa isang katanggap-tanggap na temperatura para sa pag-init nito;

maximum na pinahihintulutang kapangyarihan na nawala ng diode, sa na tinitiyak ang tinukoy na pagiging maaasahan ng diode.

Ayon sa maximum na pinahihintulutang halaga ng average na naayos na kasalukuyang, ang mga diode ay nahahati sa mababang kapangyarihan (), katamtamang kapangyarihan ( ) at mataas na kapangyarihan (). Ang mga high power rectifier diode ay tinatawag na power diodes.

Ang mga elemento ng low-power rectifier, na mga series-connected rectifier semiconductor diodes, ay tinatawag na rectifier pole. Ginagawa rin ang mga unit ng rectifier, kung saan ang mga rectifier diode ay konektado ayon sa isang tiyak (halimbawa, tulay) na circuit.

Ang rectifier semiconductor diodes ay may kakayahang gumana sa mga frequency na 50 ... 10 5 Hz (power diodes - sa mga frequency ng 50 Hz), ibig sabihin, ang mga ito ay mababa ang dalas.

mataas na dalas ng mga diode. Ang mga high-frequency diode ay kinabibilangan ng mga semiconductor diode na may kakayahang gumana sa mga frequency hanggang sa 300 MHz. Ang mga diode na tumatakbo sa mga frequency na higit sa 300 MHz ay ​​tinatawag na microwave diodes.

Sa pagtaas ng dalas, ang shunting ng differential resistance ng reverse-biased EAF sa pamamagitan ng charging capacitance ay tumataas. Ito ay humahantong sa isang pagbawas sa reverse resistance at isang pagkasira sa mga katangian ng rectifier ng diode. Dahil ang halaga ng kapasidad ng pagsingil ay proporsyonal sa lugar ng EAF, upang mabawasan ito, kinakailangan upang bawasan ang lugar ng EAF.

Ang mga microalloy diodes ay may maliit na junction area, ngunit sila. ang kawalan ay ang akumulasyon sa base ng mga menor de edad na carrier ng singil na iniksyon dito kapag ang diode ay direktang nakabukas. Nililimitahan nito ang bilis (frequency range) ng microalloy diodes.

Ang mga point diode na may kakayahang gumana sa hanay ng microwave ay may pinakamahusay na bilis at, samakatuwid, mas mataas na mga frequency. Sa kanilang disenyo, ang isang metal spring na may diameter na mga 0.1 mm ay pinindot na may tip laban sa isang semiconductor crystal. Ang materyal ng spring ay pinili upang ang work function ng mga electron mula dito ay mas malaki kaysa sa semiconductor. Sa kasong ito, ang isang barrier layer ay nabuo sa interface ng metal-semiconductor, na tinatawag na Schottky barrier - pagkatapos ng pangalan ng Aleman na siyentipiko na nag-aral ng hindi pangkaraniwang bagay na ito. Ang mga diode na ang operasyon ay batay sa paggamit ng mga katangian ng Schottky barrier ay tinatawag na Schottky diodes. Sa kanila, ang electric current ay dinadala ng mga pangunahing carrier ng singil, bilang isang resulta kung saan walang iniksyon at akumulasyon ng mga menor de edad na carrier ng singil.

Ang mga high-frequency at microwave diodes ay ginagamit para sa pagwawasto ng mga high-frequency oscillations (rectifier), detection (detector), power level control (switching), frequency multiplication (multiplier) at iba pang non-linear transformations ng mga electrical signal.

Varicaps. Ang mga varicap ay tinatawag na semiconductor diodes, ang pagkilos nito ay batay sa paggamit ng pagtitiwala ng kapasidad sa reverse boltahe. Ang mga varicap ay ginagamit bilang isang elemento na may kapasidad na kinokontrol ng kuryente.

Ang katangian ng pag-asa ay ipinapakita sa fig. 2.3, a. Ang pag-asa na ito ay tinatawag na capacitance-boltahe na katangian ng varicap. Pangunahing mga parameter

varicaps ay:

na-rate na kapasidad na sinusukat sa isang ibinigay na reverse boltahe;

capacitance overlap coefficient Kc, na tinutukoy ng ratio ng varicap capacitances sa dalawang reverse boltahe na halaga;

maximum na pinahihintulutang reverse boltahe;

quality factor Q B na tinukoy bilang ratio ng varicap reactance sa loss resistance.

Semiconductor zener diodes. Ang isang semiconductor zener diode ay isang semiconductor diode, ang boltahe kung saan pinananatili ng isang tiyak na katumpakan kapag ang kasalukuyang dumadaan dito ay nagbabago sa isang naibigay na saklaw. Ito ay dinisenyo upang patatagin ang boltahe sa DC circuits.

Ang CVC ng zener diode ay ipinapakita sa fig. 2.4, a, at ang simbolo - sa fig. 2.4, b.

Kung ang isang EAF ay nilikha sa magkabilang panig ng isang silicon wafer, pagkatapos ay isang zener diode na may simetriko CVC ay makukuha - isang simetriko zener diode (Larawan 2.4, c).

Ang nagtatrabaho na seksyon ng zener diode ay ang seksyon ng electrical breakdown. Kapag binabago ang kasalukuyang dumadaloy sa zener diode, mula sa isang halaga patungo sa isang halaga. ang boltahe dito ay bahagyang naiiba sa halaga.Ang paggamit ng zener diodes ay nakabatay sa property na ito.

Ang prinsipyo ng pagpapatakbo ng isang boltahe stabilizer sa isang silicon zener diode (Larawan 2.4, d) ay kapag ang boltahe U VX ay nagbabago, ang kasalukuyang dumadaloy sa zener diode ay nagbabago, at ang boltahe sa zener diode at ang load R ay konektado. sa kahanay nito ay halos hindi nagbabago.

Ang pangunahing mga parameter ng silicon zener diodes ay:

pagpapapanatag boltahe U st;

minimum at maximum na stabilization currents;

maximum na pinapayagang pagwawaldas ng kapangyarihan

differential resistance sa stabilization area ;

temperatura koepisyent ng boltahe sa seksyon ng pagpapapanatag

Para sa modernong zener diodes, ang stabilization voltage ay umaabot mula 1 hanggang 1000 V sa stabilization currents mula 1 mA hanggang 2 A. Upang patatagin ang mga boltahe na mas mababa sa 1 V, isang direktang I–V na katangian ng isang silicon diode, na tinatawag na stabistor, ay ginagamit. . Sa stabistors B. Sa pamamagitan ng pagkonekta ng zener diodes (o stabistors) sa serye, maaari kang makakuha ng anumang kinakailangang stabilization voltage.

Ang paglaban sa kaugalian sa seksyon ng pagpapapanatag ay humigit-kumulang pare-pareho at para sa karamihan ng mga zener diode ay 0.5 ... 200 ohms. Ang koepisyent ng temperatura ng boltahe ay maaaring positibo (para sa zener diodes na may) at negatibo (para sa zener diodes na may U CT< 6 В) и для большинства стабилитронов находится в пределах (- 0,5... + 0,2) %/°С.

MGA BIPOLAR TRANSISTOR

Ang bipolar transistor (BT) o simpleng transistor ay isang semiconductor device na may dalawang nakikipag-ugnayan na EHP at tatlo o higit pang mga lead, ang mga katangian ng pagpapalakas nito ay dahil sa mga phenomena ng iniksyon at pagkuha ng mga minor charge carrier.

Ang mga paglipat ng electron-hole ay nabuo sa pagitan ng tatlong rehiyon ng isang semiconductor na may iba't ibang uri ng electrical conductivity. Alinsunod sa pagkakasunud-sunod ng paghahalili ng mga p- at n-rehiyon, ang mga BT ay nahahati sa mga transistor ng uri ng p-p-p at mga transistor ng uri ng p-p-p (Larawan 2.5).

Ang gitnang rehiyon ng transistor ay tinatawag na base, ang isang matinding rehiyon ay ang emitter (E), at ang isa ay ang kolektor (K). Karaniwan ang konsentrasyon ng mga impurities sa emitter ay mas malaki kaysa sa kolektor. Sa uri ng BT p - p - p, ang base ay may p-type na electrical conductivity, at ang emitter at collector ay n-type.

Ang EAF na nabuo sa pagitan ng emitter at base ay tinatawag na emitter, at sa pagitan ng base at kolektor - ang kolektor.

Mga mode ng pagpapatakbo ng transistor. Depende sa kung paano konektado ang emitter at collector EAF sa mga power source, ang bipolar transistor ay maaaring gumana sa isa sa apat na mode: cutoff, saturation, active, at inverse.

Ang emitter at collector EHP sa cutoff mode (Larawan 2.6, a) ay inilipat sa tapat na direksyon, at sa saturation mode (Larawan 2.6, 6) - sa pasulong na direksyon. Ang kasalukuyang kolektor sa mga mode na ito ay halos independiyente sa boltahe at kasalukuyang emitter.

Ginagamit ang mga cut-off at saturation mode kapag nagpapatakbo ng BT sa mga pulsed at key na device.

Kapag ang transistor ay nasa aktibong mode, ang emitter junction nito ay inililipat sa pasulong na direksyon, at ang collector junction sa tapat na direksyon (Larawan 2.6, c).

Sa ilalim ng pagkilos ng isang pasulong na boltahe 11eb, isang kasalukuyang dumadaloy sa circuit ng emitter, na lumilikha ng mga kolektor at base na alon, upang

Ang collector current ay naglalaman ng dalawang bahagi: kinokontrol, proporsyonal sa emitter current, at hindi nakokontrol, na nilikha ng drift ng minority carriers sa pamamagitan ng reverse-biased collector junction. Ang koepisyent ng proporsyonalidad ay tinatawag na static na kasalukuyang transfer coefficient ng emitter. Para sa karamihan ng modernong BT at iba pa.

Kasama sa base current ang isang recombination component dahil sa mga electron na pumapasok sa base upang mabayaran ang positibong singil ng mga butas na muling pinagsama sa base, at isang hindi makontrol na kasalukuyang bahagi ng kolektor, upang

Kapag gumagamit ng BT bilang isang amplifying element, ang isa sa mga konklusyon ay dapat na karaniwan sa input at output circuit. Sa diagram na ipinapakita sa fig. 2.6, c, ang karaniwang elektrod ay ang base. Ang nasabing BT switching circuit ay tinatawag na common base (CB) circuit at kadalasang inilalarawan tulad ng ipinapakita sa Fig. 2.7, a. Bilang karagdagan sa OB circuit, ang mga circuit na may common emitter (OE) at common collector (OC) ay ginagamit din sa pagsasanay.


Sa OE circuit (Larawan 2.7, b), ang ugnayan sa pagitan ng output at input currents ay tinutukoy ng equation

Ang coefficient ay tinatawag na static na kasalukuyang transfer coefficient ng base. Ito ay may kaugnayan sa ratio

Sa ang mga halaga ay nasa loob ng 19...99.

Ang bahagi ay ang reverse (uncontrolled) collector current sa OE circuit. Ang kasalukuyang ito ay nauugnay sa reverse current sa circuit


TUNGKOL sa ratio

Mula sa kaugnayan (2.4) ito ay sumusunod na ang collector reverse current sa OE circuit ay mas malaki kaysa sa OB circuit. Nangangahulugan ito na ang pagbabago sa temperatura sa OE circuit ay may mas malaking epekto sa pagbabago ng mga alon (at samakatuwid ay sa pagbabago sa mga static na katangian at parameter) kaysa sa OB circuit. Ito ay isa sa mga disadvantages ng pag-on sa BT ayon sa OE scheme.

Kapag binuksan mo ang BT ayon sa OK scheme. (Larawan 2.7, c) ang relasyon sa pagitan ng output at input na mga alon ay tinutukoy ng kaugnayan

Mula sa isang paghahambing ng mga expression (2.2) at (2.5) sumusunod na ang mga dependences sa pagitan ng input at output na mga alon ng BT sa OE at OK circuit ay humigit-kumulang pareho. Ginagawa nitong posible na gamitin ang parehong mga katangian at parameter para sa pagkalkula ng mga scheme ng OE at OK.

Ang inverse mode ay naiiba mula sa aktibong mode sa pamamagitan ng kabaligtaran na polarity ng mga boltahe na inilapat sa emitter at collector EHFs.

Mga static na katangian. Ang mga static na katangian ay nagpapahayag ng mga kumplikadong ugnayan sa pagitan ng mga alon at boltahe.

transistor electrodes at depende sa paraan ng pag-on nito.



Sa fig. 2.8, a ay nagpapakita ng isang pamilya ng mga katangian ng pag-input ng uri ng BT n - p - n, kasama ayon sa OE scheme, na nagpapahayag ng pagtitiwala sa . Kapag ang input na katangian ay


direktang sangay ng CVC ng emitter EHP. Sa isang positibong boltahe ng kolektor, ang katangian ng input ay lumilipat sa kanan.

Ang mga katangian ng output (Larawan 2.8, b) ay sumasalamin sa pagtitiwala sa. Ang matarik na bahagi ng mga katangian ay tumutugma sa saturation mode, at ang patag na bahagi ay tumutugma sa aktibong mode. Ang ugnayan sa pagitan ng kolektor at base na alon sa patag na lugar ay tinutukoy ng expression (2.2).

Mga parameter ng low-signal static mode. Kapag ang isang transistor ay nagpapatakbo sa isang amplifying mode, ang mga katangian nito ay tinutukoy ng mga maliliit na signal na mga parameter, kung saan ang transistor ay maaaring ituring na isang linear na elemento. Sa pagsasagawa, ang mga small-signal hybrid o h-parameter ay nakatanggap ng pinakamalaking paggamit. Ang mga alon at boltahe sa maliliit na amplitude ng mga variable na bahagi sa sistema ng mga h-parameter ay nauugnay sa mga sumusunod na ugnayan:


- input impedance;

- salik ng feedback ng boltahe

- kasalukuyang koepisyent ng paglipat;

- kondaktibiti ng output.

Ang mga parameter at sinusukat sa short circuit mode ng output circuit, at ang mga parameter at sinusukat sa idle mode ng input circuit. Ang mga mode na ito ay madaling ipatupad. Ang mga halaga ng h-parameter ay nakasalalay sa paraan ng pag-on ng transistor at sa mababang frequency ay maaaring matukoy mula sa mga static na katangian. Sa kasong ito, ang mga amplitude ng maliliit na alon at boltahe ay pinalitan ng mga pagtaas. Kaya, halimbawa, kapag ang transistor ay naka-on ayon sa circuit na may OE, ang mga formula para sa mga parameter at tinutukoy ng mga katangian ng input sa punto A (Larawan 2.8, a) ay nakasulat bilang:

Ang mga parameter at tinutukoy ng mga katangian ng output (Larawan 2.8, b) ayon sa mga formula:


Katulad nito, ang mga -parameter ay tinutukoy kapag ang transistor ay naka-on ayon sa circuit na may OB.

Maliit na-signal na mga parameter at ayon sa pagkakabanggit ay tinatawag na transfer coefficients ng emitter kasalukuyang at ang base kasalukuyang. Nailalarawan nila ang kasalukuyang mga katangian ng amplifying ng transistor para sa mga variable na signal, at ang kanilang mga halaga ay nakasalalay sa operating mode ng transistor at sa dalas ng mga amplified signal. Kaya, sa pagtaas ng dalas, bumababa ang modulus ng base current transfer coefficient

Ang dalas kung saan ito bumababa sa pamamagitan ng isang kadahilanan ng kumpara sa halaga nito sa isang mababang frequency ay tinatawag na limitasyon ng dalas ng base kasalukuyang transmisyon at ito ay tinutukoy. Ang dalas kung saan ito bumababa sa 1 ay tinatawag na cutoff frequency ng BT at tinutukoy ng . Ayon sa halaga ng cutoff frequency, ang mga transistor ay nahahati sa low-frequency, medium-frequency, high-frequency at superhigh-frequency.

MGA THYRISTOR

Ang thyristor ay isang bistable semiconductor device na may tatlo o higit pang mga transition at maaaring lumipat mula sa sarado patungo sa bukas at vice versa.

Ang mga thyristor na may dalawang lead ay tinatawag na diode o dinistors, at may tatlong lead - triode o trinistors.

Dinistors. Ang istraktura ng isang dinistor ay binubuo ng apat na mga rehiyon ng semiconductor na may mga alternating uri ng electrical conductivity. sa pagitan ng tatlong EHP ay nabuo. Ang matinding EAF ay emitter, at ang gitna ay kolektor. Ang lugar ay tinatawag na emitter o anode, ang lugar ay tinatawag na katod.

Ang pagkonekta sa dinistor anode sa positibong poste ng isang panlabas na pinagmulan, at ang katod sa negatibong isa, ay tumutugma sa direktang koneksyon ng dinistor. Kapag ang polarity ng source boltahe ay nabaligtad, ang reverse switching ay nagaganap.

Sa direktang koneksyon, ang dinistor ay maaaring kinakatawan bilang isang kumbinasyon ng dalawang transistors p - n - p at n - p - n (Larawan 2.9, a) na may emitter current transfer coefficients at.

Ang kasalukuyang dumadaloy sa dinistor ay naglalaman ng hole injection component ng transistor, ang electronic injection component ng transistor at ang reverse current ng collector junction, i.e.

Sa ngayon, sarado ang dinistor. Sa nagkakaroon ng mga proseso sa dinistor, na humahantong sa isang mala-avalanche na pagtaas sa mga bahagi ng pag-iniksyon ng kasalukuyang at paglipat ng collector junction sa pasulong na direksyon. Sa kasong ito, ang paglaban ng dinistor ay bumababa nang husto at ang pagbaba ng boltahe sa kabuuan nito ay hindi lalampas sa 1-2 V. Ang natitirang bahagi ng source boltahe ay bumababa sa nililimitahan na risistor (Larawan 2.9, b).

Kapag naka-on muli ang dinistor, isang maliit na reverse current ang dumadaloy dito.

Trinistors. Ang trinistor ay naiiba sa dinistor sa pagkakaroon ng karagdagang control output mula sa base na rehiyon (Larawan 2.10, a). Ang konklusyon ay maaaring gawin mula sa anumang batayan. Lumilikha ang isang pinagmulan na konektado sa pin na ito

kontrolin ang kasalukuyang, na nagdaragdag ng hanggang sa pangunahing kasalukuyang. Bilang resulta, ang paglipat ng trinistor mula sa saradong estado patungo sa bukas na estado ay nangyayari sa isang mas mababang halaga ng U a (Larawan 2.10, b).

Sa limang-layer na istruktura sa pamamagitan ng naaangkop na pagsasagawa ng matinding mga lugar, maaari kang makakuha ng simetriko CVC (Larawan 2.10, c). Ang ganitong thyristor ay tinatawag na simetriko. Maaari itong maging diode (diac) o triode (triac).

Ang pag-off ng thyristor ay isinasagawa sa pamamagitan ng pagbabawas (o pag-abala) sa kasalukuyang anode o pagbabago ng polarity ng boltahe ng anode.

Ang itinuturing na mga thyristor ay tinatawag na non-lockable. Mayroon ding mga naka-lock na thyristor, na maaaring ilipat mula bukas hanggang sarado sa pamamagitan ng pagpapalit ng kasalukuyang ng control electrode. Naiiba sila sa mga di-naka-lock na disenyo.

Mga parameter ng thyristor. Ang mga pangunahing parameter ng thyristors ay:

switch-on na boltahe;

unlocking control kasalukuyang ;

paglabag sa kasalukuyang;

natitirang boltahe U np ;

turn-on na oras t sa;

off time;

oras ng pagkaantala t 3;

maximum slew rate ng forward boltahe (du/dt) max at forward kasalukuyang (di/dl) max.

Ang mga thyristor ay malawakang ginagamit sa mga kinokontrol na rectifier, DC-to-AC converter (inverters), voltage stabilizer,

bilang proximity switch, sa mga electric drive, automation device, telemechanics, computer technology, atbp.

Ang maginoo na mga graphic na pagtatalaga ng mga thyristor ay ipinapakita sa fig. 2.11.

FIELD TRANSISTORS

Ang isang field-effect transistor (FET) ay isang semiconductor device, ang mga katangian ng pagpapalakas ng kung saan ay dahil sa daloy ng mga pangunahing carrier ng singil ng parehong sign, na dumadaloy sa isang conducting channel, at kung saan ay kinokontrol ng isang electric field.

Ang isang control electrode na nakahiwalay sa channel ay tinatawag na gate. Ayon sa paraan ng paghihiwalay ng gate, ang mga field-effect transistor ay nahahati sa tatlong uri:

1) na may control p - n-junction, o may p - t-shutter;

2) na may metal-semiconductor gate, o may Schottky gate;

3) na may insulated na gate.

Field-effect transistors na may p-n - shutter. Sa isang field-effect transistor na may p-n-gate (Larawan 2.12), ang n-type na channel ay nakahiwalay sa substrate at ang p-n-gate

gumagalaw, na, dahil sa katuparan ng kondisyon, ay nabuo pangunahin sa channel. Kapag ang kapal ng channel ay pinakamalaki, at ang paglaban nito ay minimal. Kung ang isang negatibong boltahe ay inilapat sa gate na may paggalang sa pinagmulan, pagkatapos ay ang p-n junctions ay lalawak, ang kapal ng channel ay bababa, at ang resistensya nito ay tataas. Samakatuwid, kung ang isang mapagkukunan ng boltahe ay konektado sa pagitan ng pinagmulan at alisan ng tubig, kung gayon ang kasalukuyang I c na dumadaloy sa channel ay maaaring kontrolin sa pamamagitan ng pagbabago ng paglaban ng channel gamit ang boltahe na inilapat sa gate. Sa prinsipyong ito, nakabatay ang pagpapatakbo ng isang FET na may p - n-shutter.

Ang mga pangunahing static na katangian ng isang FET na may p-n-gate ay ang transfer (drain-gate) at output (drain) na katangian (Fig. 2.13).

Ang boltahe ng gate, kung saan ang channel ay ganap na naka-block, at ang drain current ay bumababa sa tenths ng isang microampere, ay tinatawag na cut-off na boltahe at tinutukoy ng .

Ang kasalukuyang drain sa U 3I = 0 ay tinatawag na initial drain current.

Ang mga katangian ng output ay naglalaman ng matarik, o ohmic, at mga patag na rehiyon. Ang patag na rehiyon ay tinatawag ding saturation region o ang channel na overlap region.

Ang kasalukuyang alisan ng tubig, na dumadaloy sa channel, ay lumilikha ng pagbaba ng boltahe sa ipinamahagi nitong paglaban, na nagpapataas ng channel-gate at channel-substrate na reverse voltages, na humahantong sa pagbaba sa kapal ng channel. Ang mga reverse stresses ay umaabot sa kanilang pinakamalaking halaga sa hangganan na may alisan ng tubig, at sa lugar na ito ang pagpapaliit ng channel ay lumalabas na maximum (Larawan 2.12). Sa isang tiyak na halaga ng boltahe, ang parehong p-n junction ay nagsasara sa rehiyon ng alisan ng tubig at ang channel ay magkakapatong. Ang drain voltage na ito ay tinatawag na overlap voltage o saturation voltage (). Kapag ang isang reverse boltahe ay inilapat sa gate, isang karagdagang pagpapaliit ng channel ay nangyayari, at ang overlap nito ay nangyayari sa isang mas mababang halaga ng boltahe .

Field-effect transistors na may Schottky gate. SA Biyernes Sa isang gate ng Schottky, ang paglaban ng channel ay kinokontrol sa pamamagitan ng pagbabago, sa ilalim ng pagkilos ng boltahe ng gate, ang kapal ng rectifying junction na nabuo sa interface sa pagitan ng metal at ng semiconductor. Kung ikukumpara sa p - n-junction, ang rectifying metal-semiconductor junction ay nagpapahintulot sa iyo na makabuluhang bawasan ang haba ng channel: hanggang sa 0.5 ... 1 μm. Kasabay nito, ang mga sukat ng buong istraktura ng FET ay makabuluhang nabawasan din, bilang isang resulta kung saan ang mga FET na may Schottky barrier ay maaaring gumana sa mas mataas na mga frequency - hanggang sa 50...80 GHz.

Field-effect transistors na may insulated gate. Ang mga transistor na ito ay may metal - dielectric - semiconductor na istraktura at sa madaling sabi ay tinatawag na MIS transistors. Kung ang silicon oxide ay ginagamit bilang dielectric, kung gayon ang mga ito ay tinatawag ding MOSFET.

Mayroong dalawang uri ng MOS transistors: may sapilitan at may mga built-in na channel.

Sa MIS transistors na may sapilitan na p-type na channel (Larawan 2.14), ang p-type na drain at mga source na rehiyon ay bumubuo ng dalawang magkasalungat na substrate na may n-rehiyon ng substrate

naka-on ang EAF, at kapag ang pinagmulan ng anumang polarity ay konektado sa kanila, walang magiging kasalukuyang sa circuit. Kung, gayunpaman, ang isang negatibong boltahe ay inilapat sa gate na may kaugnayan sa pinagmulan at substrate, pagkatapos ay sa isang sapat na halaga ng boltahe na ito sa malapit-ibabaw na layer ng semiconductor na matatagpuan sa ilalim ng gate, isang inversion ng uri ng electrical conductivity ay mangyari at ang mga p-rehiyon ng alisan ng tubig at pinagmulan ay ikokonekta ng isang p-type na channel. Ang boltahe ng gate na ito ay tinatawag na boltahe ng threshold at tinutukoy ng . Sa isang pagtaas sa negatibong boltahe ng gate, ang lalim ng pagtagos ng inversion layer sa semiconductor ay tumataas, na tumutugma sa isang pagtaas sa kapal ng channel at isang pagbawas sa paglaban nito.

Ang mga katangian ng paglilipat at output ng isang MOS transistor na may sapilitan na p-type na channel ay ipinapakita sa Fig. 2.15. Ang pagbaba ng boltahe sa paglaban ng channel ay binabawasan ang boltahe ng gate-to-gate

at kapal ng channel at channel. Ang pinakamalaking pagpapaliit ng channel ay nasa alisan ng tubig, kung saan ang boltahe ay ang pinakamaliit .

Sa mga transistor ng MOS na may built-in na channel sa pagitan ng drain at source na mga rehiyon, isang manipis na malapit sa ibabaw na layer (channel) na may parehong uri ng electrical conductivity bilang drain at source ay nalikha na sa yugto ng pagmamanupaktura. Samakatuwid, sa naturang mga transistor, ang kasalukuyang alisan ng tubig, na tinatawag na paunang kasalukuyang, ay dumadaloy din sa.

Ang static na output at mga katangian ng paglilipat ng isang MIS transistor na may built-in na p-type na channel ay ipinapakita sa fig. 2.16.

Differential parameter ng PT. Bilang karagdagan sa mga parameter na tinalakay sa itaas, ang mga katangian ng FET ay nailalarawan sa pamamagitan ng pagkakaiba-iba ng mga parameter: ang steepness ng transfer na katangian, o ang steepness ng FET; differential resistance at static na pakinabang.

Ang steepness ng FET at nagpapakilala sa mga katangian ng amplifying ng transistor at para sa mga transistor na mababa ang kapangyarihan ay karaniwang ilang mA/V.

Ang differential resistance sa ay ang paglaban ng FET channel sa alternating current.

Ang steepness ng FET ay maaaring matukoy mula sa static na output o mga katangian ng paglilipat (Fig. 2.16) batay sa expression

at ang differential resistance - ayon sa mga katangian ng output alinsunod sa expression

Static na Gain at ay karaniwang kinakalkula ng formula .

Ang maginoo na mga graphic na pagtatalaga ng field-effect transistors ay ipinapakita sa fig. 2.17.

Ang mga field-effect transistors ay ginagamit sa mga amplifier na may mataas na input resistance, key at logic device, gayundin sa mga kinokontrol na attenuator bilang isang elemento na ang paglaban ay nagbabago sa ilalim ng impluwensya ng isang control voltage.


Katulad na impormasyon.


Moscow Mining State University

Sanaysay

sa paksang CIRCUIT ENGINEERING

Mga aparatong semiconductor.

(diode, transistor, field effect transistor)

Art. gr. CAD-1V-96

Tsarev A.V.

Moscow 1999

Talaan ng mga Nilalaman

semiconductor diodes.

semiconductor transistors.

Field MIS transistors.

Panitikan.

Semiconductor diodes

Diode - isang semiconductor device na nagpapasa ng electric current sa isang direksyon lamang at may dalawang terminal para isama sa isang electrical circuit.

Ang semiconductor diode ay isang semiconductor device na may p-n junction. Ang gumaganang elemento ay isang germanium crystal, na may n-type na conductivity dahil sa isang maliit na karagdagan ng isang donor impurity. Upang lumikha ng mga p-n junctions dito, ang indium ay natutunaw sa isa sa mga ibabaw nito. Dahil sa diffusion ng indium atoms na malalim sa germanium single crystal, isang p-type na rehiyon ang nabuo malapit sa germanium surface. Ang natitirang bahagi ng germanium ay n-type pa rin. Ang isang p-n junction ay nangyayari sa pagitan ng dalawang rehiyong ito. Upang maiwasan ang mga nakakapinsalang epekto ng hangin at liwanag, ang germanium crystal ay inilalagay sa isang hermetic case. aparato at eskematiko na representasyon ng isang semiconductor diode:

Ang mga bentahe ng semiconductor diodes ay maliit na sukat at timbang, mahabang buhay ng serbisyo, mataas na lakas ng makina; ang kawalan ay ang pagtitiwala ng kanilang mga parameter sa temperatura.

Ang katangian ng volt-ampere ng diode (sa isang mataas na boltahe, ang kasalukuyang lakas ay umabot sa pinakamataas na halaga nito - kasalukuyang saturation) ay hindi linear, samakatuwid, ang mga katangian ng diode ay tinatantya ng steepness ng katangian:


Semiconductor transistors

Ang mga katangian ng p-n junction ay maaaring gamitin upang lumikha ng isang amplifier ng mga electrical oscillations, na tinatawag na semiconductor triode o transistor.

Sa isang semiconductor triode, ang dalawang p-rehiyon ng kristal ay pinaghihiwalay ng isang makitid na n-rehiyon. Ang ganitong triode ay karaniwang itinalagang p-n-p. Maaari ka ring gumawa ng n-p-n triode, i.e. upang paghiwalayin ang dalawang n-rehiyon ng kristal na may makitid na p-rehiyon (Fig.).


Ang isang p-n-p type triode ay binubuo ng tatlong rehiyon, ang pinakalabas nito ay may hole conductivity, at ang gitna ay may electronic conductivity. Ang mga independiyenteng contact na e, b at k ay ginawa sa tatlong lugar na ito ng triode, na nagbibigay-daan sa iyo na maglapat ng iba't ibang mga boltahe sa kaliwang p-n junction sa pagitan ng mga contact e at b at sa kanang n-p junction sa pagitan ng mga contact b at k.

Kung ang isang reverse boltahe ay inilapat sa kanang junction, pagkatapos ito ay mai-lock at isang napakaliit na reverse current ay dadaloy dito. Ngayon ay mag-aplay tayo ng direktang boltahe sa kaliwang p-n-junction, pagkatapos ay magsisimulang dumaloy dito ang isang makabuluhang pasulong na kasalukuyang.

Ang isa sa mga rehiyon ng triode, halimbawa, ang kaliwa, ay karaniwang naglalaman ng daan-daang beses na mas p-type na dopant kaysa sa dami ng n-impurity sa n-rehiyon. Samakatuwid, ang pasulong na kasalukuyang sa pamamagitan ng p-n junction ay bubuo ng halos eksklusibo ng mga butas na gumagalaw mula kaliwa hanggang kanan. Sa sandaling nasa n-rehiyon ng triode, ang mga butas na nagsasagawa ng thermal motion ay nagkakalat patungo sa n-p junction, ngunit bahagyang may oras upang sumailalim sa recombination sa mga libreng electron ng n-rehiyon. Ngunit kung ang n-rehiyon ay makitid at walang masyadong maraming mga libreng electron sa loob nito (hindi isang binibigkas na n-type na konduktor), kung gayon ang karamihan sa mga butas ay aabot sa pangalawang paglipat at, na nakapasok dito, ay lilipat sa larangan nito. sa kanang p-rehiyon. Sa magagandang triode, ang flux ng mga butas na tumatagos sa kanang p-region ay 99% o higit pa sa flux na tumatagos sa kaliwa sa n-region.

Kung, sa kawalan ng boltahe sa pagitan ng mga punto h at b, ang reverse current sa n-p junction ay napakaliit, pagkatapos pagkatapos ng paglitaw ng boltahe sa mga terminal h at b, ang kasalukuyang ito ay halos kasing laki ng direktang kasalukuyang sa kaliwa. paglipat. Sa ganitong paraan, makokontrol mo ang kasalukuyang lakas sa kanan (naka-lock) n-p junction gamit ang kaliwang p-n junction. Sa pamamagitan ng pagsasara ng kaliwang paglipat, itinitigil namin ang kasalukuyang sa pamamagitan ng tamang paglipat; pagbubukas ng kaliwang kantong, nakukuha namin ang kasalukuyang sa kanang kantong. Sa pamamagitan ng pagbabago ng halaga ng pasulong na boltahe sa kaliwang kantong, sa gayon ay babaguhin natin ang kasalukuyang lakas sa kanang kantong. Ito ang batayan para sa paggamit ng isang p-n-p triode bilang isang amplifier.


Sa panahon ng pagpapatakbo ng triode (Fig.), Ang paglaban ng pagkarga R ay konektado sa kanang kantong, at sa tulong ng baterya B, ang isang reverse boltahe (sampu-sampung volts) ay inilapat, na hinaharangan ang kantong. Sa kasong ito, ang isang napakaliit na reverse current ay dumadaloy sa kantong, at ang buong boltahe ng baterya B ay inilalapat sa n-p junction. Sa pagkarga, ang boltahe ay zero. Kung nag-aaplay kami ngayon ng isang maliit na pasulong na boltahe sa kaliwang kantong, pagkatapos ay isang maliit na pasulong na kasalukuyang magsisimulang dumaloy dito. Halos ang parehong kasalukuyang ay magsisimulang dumaloy sa kanang junction, na lumilikha ng pagbaba ng boltahe sa paglaban ng pagkarga R. Ang boltahe sa kanang n-p junction ay bumababa, dahil ngayon ang bahagi ng boltahe ng baterya ay bumababa sa paglaban ng pagkarga.

Sa pagtaas ng pasulong na boltahe sa kaliwang junction, ang kasalukuyang sa kanang junction ay tumataas at ang boltahe sa kabuuan ng load resistance R ay tumataas. Kapag ang kaliwang p-n junction ay nakabukas, ang kasalukuyang sa pamamagitan ng kanang n-p junction ay nagiging napakalaki na ang isang makabuluhang Ang bahagi ng boltahe ng baterya B ay bumababa sa paglaban ng pagkarga R.

Kaya, sa pamamagitan ng paglalapat ng isang pasulong na boltahe na katumbas ng mga fraction ng isang bolta sa kaliwang kantong, maaari kang makakuha ng isang malaking kasalukuyang sa pamamagitan ng pagkarga, at ang boltahe dito ay magiging isang makabuluhang bahagi ng boltahe ng baterya B, i.e. sampu-sampung volts. Sa pamamagitan ng pagpapalit ng boltahe na ibinibigay sa kaliwang junction ng daan-daang bolta, binabago namin ang boltahe sa load ng sampu-sampung volts. nakuha ang boltahe sa ganitong paraan.

Ang kasalukuyang pakinabang sa triode switching circuit na ito ay hindi nakuha, dahil ang kasalukuyang dumadaloy sa kanang junction ay bahagyang mas mababa kaysa sa kasalukuyang dumadaloy sa kaliwang junction. Ngunit dahil sa amplification ng boltahe, nangyayari ang power amplification dito. Sa huli, ang power amplification ay nangyayari dahil sa enerhiya ng source B.

Ang pagkilos ng isang transistor ay maihahambing sa pagkilos ng isang dam. Sa tulong ng patuloy na pinagmumulan (daloy ng ilog) at isang dam, nalilikha ang pagkakaiba sa antas ng tubig. Sa pamamagitan ng paggastos ng napakakaunting enerhiya sa patayong paggalaw ng shutter, makokontrol natin ang daloy ng tubig na may malaking kapangyarihan, i.e. kontrolin ang enerhiya ng isang malakas na patuloy na pinagmumulan.

Ang junction na nakabukas sa direksyon ng daloy (nakaliwa sa mga figure) ay tinatawag na emitter, at ang junction na lumipat sa direksyon ng pagharang (sa mismong mga figure) ay tinatawag na kolektor. Ang gitnang rehiyon ay tinatawag na base, ang kaliwa ay ang emitter, at ang kanan ay ang kolektor. Ang kapal ng base ay ilang hundredth o thousandths lamang ng isang milimetro.

Ang buhay ng serbisyo ng semiconductor triodes at ang kanilang kahusayan ay maraming beses na mas malaki kaysa sa mga vacuum tubes. Dahil sa kung aling mga transistor ay malawakang ginagamit sa microelectronics - telebisyon, video, audio, kagamitan sa radyo at, siyempre, sa mga computer. Pinapalitan nila ang mga vacuum tube sa maraming mga de-koryenteng circuit ng mga kagamitang pang-agham, pang-industriya at pambahay.

Ang mga bentahe ng mga transistor kumpara sa mga vacuum tube ay kapareho ng sa mga semiconductor diodes - ang kawalan ng isang mainit na katod na kumukonsumo ng makabuluhang kapangyarihan at tumatagal ng oras upang mapainit ito. Bilang karagdagan, ang mga transistor mismo ay maraming beses na mas maliit sa masa at sukat kaysa sa mga electric lamp, at ang mga transistor ay may kakayahang gumana sa mas mababang mga boltahe.

Ngunit kasama ng mga positibong katangian, ang mga triode ay mayroon ding mga kakulangan. Tulad ng mga diode ng semiconductor, ang mga transistor ay napaka-sensitibo sa pagtaas ng temperatura, mga de-koryenteng overload, at mataas na pagtagos ng radiation (upang gawing mas matibay ang transistor, ito ay nakaimpake sa isang espesyal na "kaso").

Ang mga pangunahing materyales kung saan ginawa ang mga triode ay silikon at germanium.

Field MIS transistors.

Ang field-effect transistor (FET) ay isang three-electrode semiconductor device kung saan ang isang electric current ay nilikha ng mga pangunahing charge carrier sa ilalim ng pagkilos ng isang longitudinal electric field, at ang kasalukuyang ay kinokontrol ng isang transverse electric field na nilikha ng isang boltahe. sa control electrode.

Sa mga nakalipas na taon, ang isang malaking lugar sa electronics ay inookupahan ng mga device na gumagamit ng mga phenomena sa malapit-ibabaw na layer ng isang semiconductor. Ang pangunahing elemento ng naturang mga aparato ay ang istraktura ng Metal-Dielectric-Semiconductor /MDP/. Ang isang layer ng oxide, tulad ng silicon dioxide, ay kadalasang ginagamit bilang isang dielectric layer sa pagitan ng isang metal at isang semiconductor. Ang ganitong mga istruktura ay tinatawag na mga istruktura ng MOS. Ang metal electrode ay karaniwang inilalapat sa dielectric sa pamamagitan ng vacuum sputtering. Ang elektrod na ito ay tinatawag na gate.

Ang mga FET ay mga unipolar na semiconductor device, dahil ang kanilang operasyon ay nakabatay sa drift ng mga charge carrier ng parehong sign sa isang longitudinal electric field sa pamamagitan ng isang kinokontrol na n- o p-type na channel. Ang kasalukuyang sa pamamagitan ng channel ay kinokontrol ng isang transverse electric field, at hindi sa pamamagitan ng kasalukuyang, tulad ng sa bipolar transistors. Samakatuwid, ang mga naturang transistor ay tinatawag na field-effect transistors.

Ang mga field-effect transistors na may gate sa anyo ng p-n junction, depende sa channel, ay nahahati sa mga FET na may p-type at n-type na channel. Ang p-type na channel ay may hole conductivity, at ang n-type na channel ay may electronic conductivity.


Kung ang isang tiyak na boltahe ng bias ay inilapat sa gate na may kaugnayan sa semiconductor, pagkatapos ay isang space charge region ay lilitaw malapit sa ibabaw ng semiconductor, ang tanda na kung saan ay kabaligtaran sa sign ng singil sa gate. Sa rehiyong ito, ang konsentrasyon ng kasalukuyang mga carrier ay maaaring mag-iba nang malaki mula sa kanilang maramihang konsentrasyon.

Ang pag-charge sa malapit sa ibabaw na rehiyon ng semiconductor ay humahantong sa paglitaw ng isang potensyal na pagkakaiba sa pagitan nito at ng dami ng semiconductor at, dahil dito, sa curvature ng mga banda ng enerhiya. Sa isang negatibong singil sa gate, ang mga banda ng enerhiya ay yumuko paitaas, dahil kapag ang isang elektron ay gumagalaw mula sa lakas ng tunog patungo sa ibabaw, ang enerhiya nito ay tumataas. Kung ang gate ay positibong sisingilin, pagkatapos ay yumuko ang mga zone.


Ipinapakita ng figure ang istraktura ng banda ng isang n-semiconductor na may negatibong singil sa gate at ang mga pagtatalaga ng mga pangunahing dami na nagpapakilala sa ibabaw ay ibinigay; potensyal na pagkakaiba sa pagitan ng ibabaw at dami ng semiconductor; baluktot ng mga zone malapit sa ibabaw; gitna ng ipinagbabawal na lugar. Makikita mula sa figure na, sa karamihan ng isang semiconductor, ang distansya mula sa ilalim ng conduction band hanggang sa antas ng Fermi ay mas mababa kaysa sa distansya mula sa antas ng Fermi hanggang sa tuktok ng valence band. Samakatuwid, ang konsentrasyon ng balanse ng mga electron ay mas malaki kaysa sa konsentrasyon ng mga butas: tulad ng dapat na nasa n-semiconductors. Sa ibabaw na layer ng space charge, ang mga banda ay baluktot at ang distansya mula sa ibaba ng conduction band hanggang sa antas ng Fermi ay patuloy na tumataas habang ito ay gumagalaw sa ibabaw, at ang distansya sa antas ng Fermi mula sa tuktok ng valence band patuloy na bumababa.

Kadalasan, ang baluktot ng mga zone na malapit sa ibabaw ay ipinahayag sa mga yunit ng kT at tinutukoy ng Ys. Pagkatapos, sa panahon ng pagbuo ng malapit-ibabaw na rehiyon ng semiconductor, tatlong mahahalagang kaso ang maaaring mangyari: pagkaubos, pagbabaligtad, at pagpapayaman ng rehiyong ito na may mga tagadala ng singil. Ang mga kasong ito para sa n- at p-type na semiconductors ay ipinapakita sa Fig.

Lumilitaw ang depletion region kapag ang sign ng gate charge ay kasabay ng sign ng karamihan sa kasalukuyang carrier. Ang baluktot ng banda na dulot ng naturang singil ay humahantong sa pagtaas ng distansya mula sa antas ng Fermi hanggang sa ibaba ng banda ng pagpapadaloy sa isang n-type na semiconductor at sa tuktok ng valence band sa isang p-type na semiconductor. Ang pagtaas sa distansyang ito ay sinamahan ng pag-ubos ng malapit-ibabaw na rehiyon ng mga pangunahing carrier. Sa isang mataas na densidad ng singil ng gate, ang tanda na kasabay ng tanda ng singil ng karamihan sa mga carrier, habang papalapit ang isa sa ibabaw, lumalabas ang distansya mula sa antas ng Fermi hanggang sa tuktok ng valence band sa isang n-type na semiconductor. na mas mababa kaysa sa distansya sa ilalim ng banda ng pagpapadaloy. Bilang resulta, ang konsentrasyon ng mga hindi pangunahing tagadala ng singil / butas / sa ibabaw ng semiconductor ay nagiging mas mataas kaysa sa konsentrasyon ng karamihan sa mga carrier at ang uri ng pagpapadaloy sa rehiyong ito ay nagbabago, bagaman kakaunti ang mga electron at butas, halos katulad sa intrinsic semiconductor. Malapit sa ibabaw, gayunpaman, maaaring mayroong kasing dami o mas marami pang hindi mayoryang carrier gaya ng karamihan sa mga carrier sa karamihan ng semiconductor. Ang ganitong mahusay na pagsasagawa ng mga layer na malapit sa ibabaw na may uri ng conductivity na kabaligtaran sa bulk one ay tinatawag na mga inversion layer. Ang isang depletion layer ay kadugtong sa inversion layer na malalim mula sa ibabaw.

Kung ang tanda ng singil sa gate ay kabaligtaran sa pag-sign ng singil ng pangunahing kasalukuyang mga carrier sa semiconductor, pagkatapos ay sa ilalim ng impluwensya nito, ang mga pangunahing carrier ay naaakit sa ibabaw at ang malapit na ibabaw na layer ay pinayaman ng mga ito. Ang ganitong mga layer ay tinatawag na enriched.

Sa pinagsamang electronics, ang mga istruktura ng MIS ay malawakang ginagamit upang lumikha ng mga transistor at iba't ibang pinagsamang microcircuits batay sa mga ito. Sa fig. schematically ay nagpapakita ng istraktura ng isang MIS transistor na may isang insulated gate. Ang transistor ay binubuo ng isang silikon na kristal (halimbawa, n-type), sa ibabaw kung saan ang mga p-rehiyon ay nabuo sa pamamagitan ng pagsasabog /o ion implantation/ sa mga bintana sa oxide, tulad ng ipinapakita sa Fig. Ang isa sa mga lugar na ito ay tinatawag na pinagmulan, ang isa ay tinatawag na alisan ng tubig. Ang mga Ohmic na contact ay inilapat sa ibabaw ng mga ito. Ang agwat sa pagitan ng mga rehiyon ay natatakpan ng isang metal film na nakahiwalay mula sa kristal na ibabaw ng isang layer ng oksido. Ang transistor electrode na ito ay tinatawag na gate. Sa hangganan sa pagitan ng mga p- at n-rehiyon, lumilitaw ang dalawang p-n-junction - pinagmulan at alisan ng tubig, na ipinapakita sa figure. ipinapakita na may hatching.

Sa fig. ang isang diagram ng pagsasama ng isang transistor sa isang circuit ay ipinapakita: isang plus ay konektado sa pinagmulan, isang minus ng pinagmumulan ng boltahe sa alisan ng tubig, at isang minus ng pinagmulan sa gate. Para sa pagiging simple, ipagpalagay namin na walang contact potential difference, walang charge sa oxide, at walang surface states. Pagkatapos ang mga katangian ng rehiyon sa ibabaw, sa kawalan ng boltahe sa gate, ay hindi naiiba sa anumang paraan mula sa mga katangian ng semiconductors sa maramihan. Ang paglaban sa pagitan ng drain at ang pinagmulan ay napakataas, dahil ang drain p-n junction ay nasa ilalim ng reverse bias. Ang paglalapat ng negatibong bias sa gate ay unang humahantong sa pagbuo ng isang depletion region sa ilalim ng gate, at sa isang tiyak na boltahe na tinatawag na threshold, sa pagbuo ng isang inversion region na nagkokonekta sa source at drain p-regions na may conducting channel. Sa mas mataas na boltahe ng gate, ang channel ay nagiging mas malawak, at ang drain-source resistance ay nagiging mas maliit. Ang istraktura na isinasaalang-alang ay kaya isang kinokontrol na risistor.

Gayunpaman, ang paglaban ng channel ay tinutukoy lamang ng boltahe ng gate lamang sa mababang boltahe ng kanal. Sa pagtaas, iniiwan ng mga carrier ang channel sa rehiyon ng lababo, lumalawak ang depletion layer sa drain n-p junction, at lumiliit ang channel. Ang pag-asa ng kasalukuyang sa boltahe ng paagusan ay nagiging non-linear.

Habang lumiliit ang channel, bumababa ang bilang ng mga libreng kasalukuyang carrier sa ilalim ng gate habang papalapit ito sa drain. Upang ang kasalukuyang sa channel ay maging pareho sa alinman sa mga seksyon nito, ang electric field sa kahabaan ng channel ay dapat, sa kasong ito, ay hindi pare-pareho, ang lakas nito ay dapat tumaas habang papalapit ito sa alisan ng tubig. Bilang karagdagan, ang hitsura ng isang gradient ng konsentrasyon ng mga libreng kasalukuyang carrier sa kahabaan ng channel ay humahantong sa hitsura ng isang bahagi ng pagsasabog ng kasalukuyang density.

Sa isang tiyak na boltahe sa alisan ng tubig, ang channel sa alisan ng tubig ay naharang, na may mas malaking offset, ang channel ay pinaikli patungo sa pinagmulan. Ang pagsasara ng channel, gayunpaman, ay hindi humahantong sa pagkawala ng kasalukuyang alisan ng tubig, dahil sa pag-ubos ng layer na humarang sa channel, ang electric field ay kumukuha ng mga butas sa ibabaw. Kapag ang mga kasalukuyang carrier mula sa channel ay pumasok sa rehiyong ito dahil sa diffusion, sila ay kukunin ng field at inilipat sa drain. Kaya, habang tumataas ang boltahe ng drain, ang purong drift na mekanismo ng kasalukuyang paggalaw ng carrier sa kahabaan ng channel ay pinapalitan ng diffusion-drift.

Ang mekanismo ng kasalukuyang daloy sa isang MIS transistor na may saradong channel ay may ilang karaniwang mga tampok sa daloy ng kasalukuyang sa isang reverse-biased n-p junction. Alalahanin na sa n-p junction, ang mga kasalukuyang carrier ng minorya ay pumapasok sa space charge region ng junction dahil sa diffusion at pagkatapos ay kukunin ng field nito.

Tulad ng ipinakita ng teorya at eksperimento, pagkatapos isara ang channel, halos puspos ang drain current. Ang kasalukuyang halaga ng saturation ay nakasalalay sa boltahe ng gate; mas mataas, mas malawak ang channel at mas malaki ang kasalukuyang saturation. Ito ay isang tipikal na epekto ng transistor - ang boltahe ng gate (sa input circuit) ay maaaring kontrolin ng kasalukuyang alisan ng tubig (kasalukuyang nasa output circuit). Ang isang tampok na katangian ng MOS transistors ay ang kanilang input ay isang kapasitor na nabuo ng isang metal na gate na nakahiwalay sa semiconductor.

Sa semiconductor-dielectric interface, sa band gap ng semiconductor, may mga energy state na tinatawag na surface o, mas tiyak, interface states. Ang mga function ng wave ng mga electron sa mga estadong ito ay naisalokal malapit sa interface sa mga rehiyon ng pagkakasunud-sunod ng lattice constant. Ang dahilan para sa paglitaw ng mga itinuturing na estado ay ang di-kasakdalan ng interface ng semiconductor-dielectric (oxide). Sa totoong mga interface, palaging mayroong isang tiyak na bilang ng mga nakabitin na mga bono at ang stoichiometry ng komposisyon ng dielectric oxide film ay nilabag. Ang density at likas na katangian ng mga estado ng interface ay mahalagang nakasalalay sa teknolohiya ng paglikha ng isang dielectric film.

Ang pagkakaroon ng mga estado sa ibabaw sa semiconductor-dielectric interface ay negatibong nakakaapekto sa mga parameter ng MIS transistor, dahil ang bahagi ng singil na sapilitan sa ilalim ng gate sa semiconductor ay nakuha ng mga estado na ito. Ang tagumpay sa paglikha ng mga field-effect transistors ng uri na isinasaalang-alang ay nakamit pagkatapos ng pagbuo ng teknolohiya para sa paglikha ng isang pelikula sa ibabaw ng silikon na may mababang density ng mga estado ng interface.

Sa mismong silicon oxide, palaging may positibong "built-in" na singil, ang likas na katangian nito ay hindi pa ganap na naipaliwanag. Ang halaga ng singil na ito ay nakasalalay sa teknolohiya ng paggawa ng oksido at madalas na lumalabas na napakalaki na kung ang p-type na silicon ay ginagamit bilang isang substrate, pagkatapos ay isang inversion layer ay nabuo malapit sa ibabaw nito kahit na sa zero gate bias. Ang ganitong mga transistors ay tinatawag na BUILT-IN CHANNEL transistors. Ang channel sa mga ito ay napanatili kahit na may ilang negatibong bias na inilapat sa gate. Sa kaibahan sa kanila, sa mga transistor na gawa sa isang n-substrate, kung saan ang labis na singil ng oxide ay kinakailangan para sa pagbuo ng isang inversion layer, ang isang channel ay lilitaw lamang kapag ang isang boltahe na lumampas sa isang tiyak na threshold boltahe ay inilapat sa gate. Ang bias ng gate na ito ay dapat na negatibo sa sign para sa mga transistor na may n-substrate at positibo sa kaso ng isang p-substrate.

Sa mataas na boltahe ng drain ng MIS transistor, ang space charge region mula sa drain region ay maaaring kumalat nang napakalakas na ang channel ay tuluyang mawala. Pagkatapos ang mga carrier mula sa heavily doped source region ay dadaan sa drain, tulad ng kapag ang base ng isang bipolar transistor ay "butas".

Panitikan:

"Solid State Electronics" G.I.Epifanov, Yu.A.Moma.

"Electronics at Microcircuit Engineering" V.A. Skarzhepa, A.N. Lutsenko.

Inihanda

Isang mag-aaral ng 10 "A" na klase

Paaralan Blg. 610

Ivchin Alexey

Abstract sa paksa:

"Semiconductor diodes at transistors, mga lugar ng kanilang aplikasyon"

1. Semiconductor: teorya at katangian

2. Mga pangunahing aparatong semiconductor (Istruktura at aplikasyon)

3. Mga uri ng mga aparatong semiconductor

4. Produksyon

5. Saklaw

1. Semiconductor: teorya at katangian

Una kailangan mong pamilyar sa mekanismo ng pagpapadaloy sa semiconductors. At para dito kailangan mong maunawaan ang likas na katangian ng mga bono na humahawak sa mga atomo ng isang semiconductor na kristal sa tabi ng bawat isa. Halimbawa, isaalang-alang ang isang silikon na kristal.

Ang silikon ay isang elementong tetravalent. Nangangahulugan ito na sa panlabas

ang shell ng isang atom ay may apat na electron, medyo mahina ang pagkakatali

na may core. Ang bilang ng pinakamalapit na kapitbahay ng bawat silicon atom ay katumbas din ng

apat. Ang pakikipag-ugnayan ng isang pares ng mga kalapit na atom ay isinasagawa gamit ang

paonoelectronic bond, na tinatawag na covalent bond. Sa edukasyon

ang bono na ito mula sa bawat atom ay nagsasangkot ng isang valence electron, na

na kung saan ay nahati mula sa atoms (collectivized sa pamamagitan ng kristal) at

ginugugol ang karamihan ng kanilang oras sa pagitan

mga kalapit na atomo. Ang kanilang negatibong singil ay nagpapanatili sa mga positibong ion ng silikon na malapit sa isa't isa. Ang bawat atom ay bumubuo ng apat na bono sa mga kapitbahay nito,

at anumang valence electron ay maaaring gumalaw kasama ng isa sa kanila. Nang maabot ang kalapit na atom, maaari itong magpatuloy sa susunod, at pagkatapos ay higit pa sa buong kristal.

Ang mga electron ng Valence ay nabibilang sa buong kristal. Ang mga pares-electron bond ng silikon ay medyo malakas at hindi nasisira sa mababang temperatura. Samakatuwid, ang silikon ay hindi nagsasagawa ng kuryente sa mababang temperatura. Ang mga valence electron na nakikilahok sa pagbubuklod ng mga atomo ay mahigpit na nakakabit sa kristal na sala-sala, at ang panlabas na electric field ay walang kapansin-pansing epekto sa kanilang paggalaw.

elektronikong kondaktibiti.

Kapag pinainit ang silikon, tumataas ang kinetic energy ng mga particle, at

naputol ang mga ugnayan. Ang ilang mga electron ay umalis sa kanilang mga orbit at nagiging malaya, tulad ng mga electron sa isang metal. Sa isang electric field, lumilipat sila sa pagitan ng mga site ng sala-sala, na bumubuo ng isang electric current.

Ang conductivity ng semiconductors dahil sa pagkakaroon ng mga libreng metal sa mga metal

electron ng mga electron, ay tinatawag na electronic conductivity. Habang tumataas ang temperatura, tumataas ang bilang ng mga nasirang bono, at samakatuwid ang bilang ng mga libreng electron. Kapag pinainit mula 300 hanggang 700 K, ang bilang ng mga carrier ng libreng bayad ay tataas mula 10–17 hanggang 10–24 1/m V3. Ito ay humahantong sa pagbaba ng resistensya.

pagpapadaloy ng butas.

Kapag ang bono ay nasira, ang isang bakante ay nabuo sa nawawalang elektron.

Ito ay tinatawag na butas. Ang butas ay may labis na positibong singil kumpara sa iba pang mga normal na bono. Ang posisyon ng butas sa kristal ay hindi naayos. Ang sumusunod na proseso ay patuloy na nangyayari. Isa

mula sa mga electron na nagbibigay ng koneksyon ng mga atomo, tumalon sa lugar ng

bumuo ng mga butas at ibinalik ang pares-electron bond dito.

at kung saan tumalon ang elektron, nabuo ang isang bagong butas. Kaya

Kaya, ang butas ay maaaring lumipat sa buong kristal.

Kung ang lakas ng electric field sa sample ay zero, kung gayon ang paggalaw ng mga butas, katumbas ng paggalaw ng mga positibong singil, ay nangyayari nang random at samakatuwid ay hindi lumilikha ng isang electric current. Sa pagkakaroon ng isang electric field, ang isang iniutos na paggalaw ng mga butas ay nangyayari, at, sa gayon, ang isang electric current na nauugnay sa paggalaw ng mga butas ay idinagdag sa electric current ng mga libreng electron. Ang direksyon ng paggalaw ng mga butas ay kabaligtaran sa direksyon ng paggalaw ng mga electron.

Kaya, sa semiconductors mayroong dalawang uri ng mga carrier ng singil: mga electron at mga butas. Samakatuwid, ang mga semiconductor ay hindi lamang electronic, kundi pati na rin ang conductivity ng butas. Ang conductivity sa ilalim ng mga kundisyong ito ay tinatawag na intrinsic conductivity ng semiconductors. Ang intrinsic conductivity ng semiconductors ay kadalasang mababa, dahil ang bilang ng mga libreng electron ay maliit, halimbawa, sa germanium sa room temperature ne = 3 by 10 sa 23 cm sa -3. Kasabay nito, ang bilang ng germanium atoms sa 1 cubic cm ay humigit-kumulang 10–23. Kaya, ang bilang ng mga libreng electron ay humigit-kumulang isang sampung-bilyon ng kabuuang bilang ng mga atomo.

Ang isang mahalagang katangian ng semiconductors ay ang mga ito

sa pagkakaroon ng mga impurities, kasama ang intrinsic conductivity,

karagdagang - impurity conductivity. Sa pamamagitan ng pagbabago ng konsentrasyon

impurities, maaari mong makabuluhang baguhin ang bilang ng mga charge carrier bilang karagdagan

o ibang tanda. Ginagawa nitong posible na lumikha ng mga semiconductor na may

nangingibabaw na konsentrasyon alinman sa negatibo o positibo

malakas na sinisingil na mga carrier. Ang tampok na ito ng semiconductors ay bukas

nag-aalok ng sapat na pagkakataon para sa praktikal na aplikasyon.

mga dumi ng donor.

Lumalabas na sa pagkakaroon ng mga impurities, tulad ng mga arsenic atoms, kahit na sa napakababang konsentrasyon, ang bilang ng mga libreng electron ay tumataas sa

maraming beses. Nangyayari ito sa sumusunod na dahilan. Ang mga arsenic atom ay may limang valence electron, apat sa mga ito ay kasangkot sa paglikha ng isang covalent bond ng isang ibinigay na atom kasama ang mga nakapaligid na mga, halimbawa, na may mga silicon na atom. Ang ikalimang valence electron ay mahinang nakagapos sa atom. Madali itong umalis sa arsenic atom at nagiging libre. Ang konsentrasyon ng mga libreng electron ay tumataas nang malaki, at nagiging isang libong beses na mas malaki kaysa sa konsentrasyon ng mga libreng electron sa isang purong semiconductor. Ang mga impurities na madaling mag-donate ng mga electron ay tinatawag na donor impurities, at ang mga naturang semiconductors ay mga n-type na semiconductors. Sa isang n-type na semiconductor, ang mga electron ang karamihan sa mga tagadala ng singil, at ang mga butas ay ang mga menor de edad.

mga impurities ng acceptor.

Kung ang indium, na ang mga atomo ay trivalent, ay ginagamit bilang isang karumihan, kung gayon ang likas na katangian ng kondaktibiti ng semiconductor ay nagbabago. Ngayon, para sa pagbuo ng normal na pares-electron bond sa mga kapitbahay, ang indium atom ay hindi

nakakakuha ng electron. Bilang resulta, nabuo ang isang butas. Ang bilang ng mga butas sa kristal

Ang thalle ay katumbas ng bilang ng mga atomo ng karumihan. Ang ganitong uri ng mga dumi

ay tinatawag na acceptors. Sa pagkakaroon ng isang electric field

gumagalaw ang mga butas sa kahabaan ng field at nangyayari ang pagpapadaloy ng butas. Sa pamamagitan ng-

semiconductors na may nangingibabaw na pagpapadaloy ng butas sa electron-

Si Noah ay tinatawag na p-type semi-conductor (mula sa salitang positiv - positive).

2.Mga pangunahing aparatong semiconductor (Istruktura at aplikasyon)

Mayroong dalawang pangunahing mga aparatong semiconductor: diode at transistor.

Sa kasalukuyan, ang mga semiconductor diode ay lalong ginagamit upang itama ang electric current sa mga radio circuit, kasama ang dalawang-electrode lamp, dahil mayroon silang ilang mga pakinabang. Sa isang vacuum tube, ang mga carrier ng singil, mga electron, ay nabuo sa pamamagitan ng pag-init ng katod. Sa p-n junction, ang mga tagadala ng singil ay nabuo kapag ang isang acceptor o donor na impurity ay ipinakilala sa kristal. Kaya, hindi na kailangan ng isang mapagkukunan ng enerhiya upang makakuha ng mga carrier ng singil. Sa mga kumplikadong circuit, ang mga pagtitipid ng enerhiya na nakuha dahil dito ay naging napaka makabuluhan. Bilang karagdagan, ang mga semiconductor rectifier na may parehong mga halaga ng naayos na kasalukuyang ay mas maliit kaysa sa mga lampara.

Ang mga diode ng semiconductor ay ginawa mula sa germanium, silikon. selenium at iba pang mga sangkap. Isaalang-alang kung paano nilikha ang isang p-n junction gamit ang isang donor impurity; ang junction na ito ay hindi maaaring makuha sa pamamagitan ng mekanikal na pagkonekta ng dalawang semiconductors ng iba't ibang uri, dahil sa kasong ito, masyadong malaki ang agwat sa pagitan ng mga semiconductors. Ang kapal na ito ay hindi dapat mas malaki kaysa sa mga interatomic na distansya. Samakatuwid, ang indium ay natunaw sa isa sa mga ibabaw ng sample. Dahil sa diffusion ng indium indium atoms na malalim sa germanium single crystal, isang rehiyon na may p-type na conductivity ay binago malapit sa germanium surface. Ang natitirang sample ng germanium, kung saan hindi nakapasok ang mga atomo ng indmyanium, ay mayroon pa ring n-type na conductivity. Ang p-n junction ay nangyayari sa pagitan ng mga rehiyon. Sa isang semiconductor diode, ang germanium ay nagsisilbing cathode at ang indium ay nagsisilbing anode. Ipinapakita ng Figure 1 ang direktang (b) at reverse (c) na koneksyon ng diode.

Ang kasalukuyang-boltahe na katangian para sa direkta at baligtad na koneksyon ay ipinapakita sa Figure 2.

Pinalitan nila ang mga lamp, ang mga ito ay napakalawak na ginagamit sa teknolohiya, pangunahin para sa mga rectifier, at ang mga diode ay nakahanap din ng aplikasyon sa iba't ibang mga aparato.

Transistor.

Isaalang-alang natin ang isa sa mga uri ng transistor na gawa sa germanium o silicon na may mga donor at acceptor na dumi na ipinasok sa kanila. Ang pamamahagi ng mga impurities ay tulad na ang isang napaka manipis (sa pagkakasunud-sunod ng ilang micrometers) n-type na semiconductor layer ay nilikha sa pagitan ng dalawang p-type na semiconductor layer (Fig. 3. Ang manipis na layer na ito ay tinatawag na base o base. Dalawang p-n junction ang nabuo sa kristal, na ang mga direktang direksyon ay magkasalungat. Pinapayagan ka ng tatlong output mula sa mga rehiyon na may iba't ibang uri ng conductivity na i-on ang transistor sa circuit na ipinapakita sa Figure 3. Sa pagsasama na ito

ang kaliwang p-n junction ay direkta at naghihiwalay sa base mula sa p-type na rehiyon na tinatawag na emitter. Kung walang tamang p–n junction, magkakaroon ng kasalukuyang sa emitter-base circuit, depende sa boltahe ng mga pinagmumulan (baterya B1 at ang AC voltage source).

motion) at circuit resistance, kabilang ang mababang resistensya direkta

transition emitter - base. Ang baterya B2 ay konektado upang ang kanang pn junction sa circuit (tingnan ang Fig. 3) ay baligtad. Pinaghihiwalay nito ang base mula sa kanang p-type na rehiyon na tinatawag na kolektor. Kung walang natitirang p-n junction, ang kasalukuyang lakas at ang collector circuit ay magiging malapit sa zero. Dahil ang paglaban ng reverse transition ay napakataas. Kung mayroong isang kasalukuyang sa kaliwang p-n junction, isang kasalukuyang lumilitaw din sa circuit ng kolektor, at ang kasalukuyang sa kolektor ay bahagyang mas mababa kaysa sa kasalukuyang sa emitter. Kapag ang isang boltahe ay nilikha sa pagitan ng emitter at ang base, ang pangunahing carrier ng p-type semiconductor - ang mga butas ay tumagos sa base, gdr sila ay mga pangunahing carrier na. Dahil ang kapal ng base ay napakaliit at ang bilang ng karamihan sa mga carrier (mga electron) sa loob nito ay maliit, ang mga butas na nahulog dito ay halos hindi pinagsama (hindi muling pinagsama) sa mga electron ng base at tumagos sa kolektor dahil sa pagsasabog. Ang kanang p-n-junction ay sarado para sa mga pangunahing carrier ng singil ng base - mga electron, ngunit hindi para sa mga butas. Sa kolektor, ang mga butas ay dinadala ng electric field at isinara ang circuit. Ang lakas ng kasalukuyang sumasanga sa emitter circuit mula sa base ay napakaliit, dahil ang cross-sectional area ng base sa pahalang (tingnan ang Fig. 3) na eroplano ay mas maliit kaysa sa cross-section sa vertical na eroplano . Ang kasalukuyang sa kolektor, na halos katumbas ng kasalukuyang sa emitter, ay nagbabago kasama ang kasalukuyang sa emitter. Resistor resistance R ay may maliit na epekto sa kasalukuyang sa kolektor, at ang paglaban na ito ay maaaring gawin nang sapat na malaki. Sa pamamagitan ng pagkontrol sa kasalukuyang emitter na may pinagmumulan ng boltahe ng AC na kasama sa circuit nito, makakakuha tayo ng sabay-sabay na pagbabago sa boltahe sa risistor. Sa isang malaking resistensya ng risistor, ang pagbabago ng boltahe sa kabuuan nito ay maaaring sampu-sampung libong beses na mas malaki kaysa sa pagbabago ng signal sa emitter circuit. Nangangahulugan ito ng paglaki ng boltahe. Samakatuwid, sa load R, posible na makakuha ng mga de-koryenteng signal na ang kapangyarihan ay maraming beses na mas malaki kaysa sa kapangyarihan na pumapasok sa emitter circuit. Pinapalitan nila ang mga vacuum tubes at malawakang ginagamit sa teknolohiya.

3. Mga uri ng mga aparatong semiconductor.

Bilang karagdagan sa mga planar diode sa Fig. 8 at mga transistor, mayroon ding mga point diode sa Fig. 4. Ang mga point transistors (tingnan ang istraktura sa figure) ay hinuhubog bago gamitin, i.e. pumasa sa isang kasalukuyang ng isang tiyak na magnitude, bilang isang resulta kung saan ang isang rehiyon na may butas na kondaktibiti ay nabuo sa ilalim ng dulo ng kawad. Ang mga transistor ay mga uri ng p-n-p at n-p-n. Pagtatalaga at pangkalahatang view sa Figure 5.

May mga larawan at thermal resistors at varistors, tingnan ang figure. Kasama sa mga planar diode ang selenium rectifier. Ang ibabaw ng selenium ay pinahiran ng isang haluang metal na cadmium, bilang isang resulta kung saan ang isang pelikula na may elektronikong kondaktibiti ay nabuo, bilang isang resulta kung saan nabuo ang isang rectifying kasalukuyang paglipat.

4. Produksyon

Ang teknolohiya ng pagmamanupaktura ng diode ay ang mga sumusunod. Ang isang piraso ng indium ay natutunaw sa ibabaw ng isang parisukat na plato na may sukat na 2-4 cm2 at isang kapal ng ilang mga fraction ng isang milimetro, na pinutol mula sa isang semiconductor na kristal na may elektronikong kondaktibiti. Ang Indium ay malakas na pinagsama sa plato. Kasabay nito, ang mga atomo ng indium ay tumagos (nagkakalat) sa kapal ng plato, na bumubuo sa loob nito ng isang rehiyon na may nangingibabaw na kondaktibiti ng butas. Ang thinner ang semiconductor wafer. mas mababa ang paglaban ng diode sa direksyon ng pasulong, mas malaki ang kasalukuyang naituwid ng diode. Ang mga contact ng diode ay isang patak ng indium at isang metal na disk o baras na may mga lead wire.

Matapos i-assemble ang transistor, naka-mount ito sa isang kaso, nakakonekta ang isang email. mga terminal sa mga contact plate ng kristal at ang output ng pakete at i-seal ang pakete.

5. Saklaw

Ang mga diode ay napaka maaasahan, ngunit ang limitasyon ng kanilang paggamit ay mula -70 hanggang 125 C. Dahil. para sa isang point diode, ang lugar ng contact ay napakaliit, samakatuwid, ang mga alon na maaaring itama ng naturang mga diode ay hindi hihigit sa 10-15 mA. At ang mga ito ay pangunahing ginagamit para sa modulating high-frequency oscillations at para sa pagsukat ng mga instrumento. Para sa anumang diode, mayroong ilang maximum na pinapayagang limitasyon para sa pasulong at baligtad na kasalukuyang, depende sa pasulong at baligtad na boltahe at pagtukoy sa mga katangian ng pagwawasto at lakas nito.

Ang mga transistor, tulad ng mga diode, ay sensitibo sa temperatura at labis na karga at tumagos na radiation. Ang mga transistor, hindi tulad ng mga radio tube, ay nasusunog dahil sa hindi tamang koneksyon.