Физические Основы полупроводниковой электроники

В В Е Д Е Н И Е

Процесс совершенствования радиоэлектронной аппаратуры неразрывно связан с развитием

и совершенствованием её элементной базы. За каждое десятилетие число элементов в аппаратуре

увеличивается в 5-20 раз, что связано с ужесточением требований, предъявляемых к современным радиосистемам, а также с усложнением решаемых ими задач.

Важнейшими, стратегическими задачами любого государства являются повышение материального благосостояния населения, укрепление экономического потенциала, развитие и поддержание на должном уровне оборонного могущества страны.

Направления решения поставленных задач неразрывно связаны с широким применением вычислительной техники, робототехники, и информатики. Элементной базой этих направлений является современная электроника, объединяющая комплекс физических, химических, технологических, схемотехнических и кибернетических исследований, конструирование и производство высоконадёжной, малогабаритной и высокоэкономичной радиоэлектронной аппаратуры.

Крупнейшим достижением современной электроники является разработка и широкомасштабный выпуск интегральных микросхем (ИМС) – функционально законченных микроэлектронных блоков и узлов. Современные сверхбольшие интегральные микросхемы (СБИС) содержат свыше 1 миллиона элементов с весьма сложными межэлементными соединениями - топографией.

Однако даже самые сложные микросхемы состоят из конечного числа полупроводниковых элементов, физические характеристики и параметры которых определяют свойства микросхемы и её параметры. Поэтому разработчику радиоаппаратуры широкого применения весьма важно иметь ясные представления о физических процессах, математическом аппарате, используемом для описания этих процессов, характеристиках и параметрах современных электронных, полупроводниковых приборов. Их описанию посвящёны последующие разделы настоящего лекционного курса.

2.1. Определяющие свойства полупроводников.

К полупроводникам относятся твёрдые, кристаллические вещества, которые при комнатной температуре (27 ºС =300 ºК) обладают удельным электрическим сопротивлением ρ, лежащим в пределах от (10 ^-4 ÷10 ^{- 3}) Ом ∙ см до (10­­ ⁸ ÷ 10 ¹⁰) Ом ∙ см.

Проводники (металлы) обладают значительно меньшим удельным сопротивлением, лежащим в пределах (10­ ^{– 6} ÷ 10 ^{- 4}) Ом ∙ см ­.

Вещества, имеющие удельное сопротивление порядка (10 ¹⁸ ÷ 10 ²⁴ ) Ом ∙ см считаются диэлектриками.

Таким образом полупроводники, по удельной проводимости, занимают промежуточное положение между проводниками и диэлектриками.

Однако, такое разграничение (по удельному сопротивлению) не является исчерпывающим признаком, выделяющим полупроводники в особую группу твёрдых тел. Для полупроводников также характерны следующие отличительные свойства.

а) – Высокая чувствительность их электропроводности к добавлению примесей других веществ даже в незначительных количесвах, (10 ^{- 3} ÷ 10 ^{– 6}) объёмного содержания. Например добавление

10 ^{– 5} % примеси в германий – Ge уменьшает его удельное сопротивление в 200 раз.

б) – Сильная, нелинейная, обратная зависимость удельного сопротивления от темперетуры, т.е.

удельное сопротивление полупроводников не растёт с повышением температуры, как у проводников, а наоборот – уменьшается.

в) – Зависимость удельного сопротивления от различного рода излучений – свет, рентгеновское излучение, радиоактивное и т.д.

Совокупность этих (4 – х) признаков достаточно однозначно выделяет полупроводники в особую группу веществ.

Подчеркнём, что удельное сопротивление полупроводников инвариантно к направлению протекающего в них тока.

Дата добавления: 2014-01-04