Полупроводниковые приборы и элементы интегральных схем

Электронно-вакуумные лампы

Активные элементы электрических цепей

К активным элементам электрических цепей относятся:

_· Электронно-вакуумные лампы

_· Диоды

_· Триоды

_· Полупроводниковые приборы

Большим прогрессом в совершенствование радиотехнических устройств т.к. радиопередатчики, вычислительные машины (релейные).

Электронно-вакуумная лампа состоит из стеклянной колбы из которой откачан воздух. В электронно-вакуумной лампе содержится 2 электрода: анод и катод.

Катод выполнен из оксида бария. Этот материал имеет малую работу выхода электронов из его поверхности, это значит что требуется сравнительно небольшой нагрев катода для того чтобы электроны выходили из поверхности катода при его нагреве.

Катод подогревного типа нагревается спиралью.

Электроны вышедшие из катода образуют электронное облако которое сконцентрировано около катода.

Для того чтобы электроны могли двигаться по направлению к аноду, для этого необходимо к аноду приложить положительный потенциал.

Изменять поток электронов, а следовательно и ток через лампу можно путем изменения величины положительного потенциала приложенного к аноду.

Изменение потенциала на аноде с целью изменения тока через лампу, не очень удобно.

Для того чтобы можно было управлять током протекающим через лампу, в лампе был установлен третий электрод – сетка. Эту сетку назвали управляющей сеткой, а лампу триодом.

Недостатком триодов было то, что при приложение положительного потенциала к управляющей сетке, скорость электронов увеличивалось. Происходила бомбардировка анода, что приводило к разогреву анода и выходу дополнительных электронов из анода. Кроме того часть электронов перехватывалось управляющей сеткой, появлялся сеточный ток.

Для устранения этих недостатков была поставлена еще одна сетка которую назвали экранирующей сеткой, а лампу тетродом.

Основные понятия

Полупроводниковый прибор это устройство предназначенное для усиления и преобразования сигналов, принцип работы которого основан на использование свойств полупроводников.

Полупроводниковые приборы подразделяются на:

· Диоды

· Транзисторы

· Тиристоры

· Светодиоды

· Фотодиоды

· Фототранзисторы

· И другие

Полупроводниковые приборы можно классифицировать также по назначению, физическим свойствам, по основным электрическим параметрам, по конструктивно-технологическим параметрам и по роду полупроводникового материала.

Для построения полупроводниковых приборов используют такие материалы как кремний и германий, при этом создают полупроводниковые материала с различными видами проводимостей: электронной и дырочной проводимостью.

Для создания полупроводниковых материалов с различными типами проводимостей осуществляют легирование.

Для легирования полупроводниковых материалов используют сурьму и мышьяк.

Полупроводниковые приборы выпускаются в дискретном исполнении и интегральном исполнении, причем в последнее время выпускают полупроводниковые приборы в основном в интегральном исполнение, такие устройства называют интегральными схемами.

Интегральная схема – конструктивно законченный электронный прибор предназначенный для формирования или обработки сигналов.

В качестве таких интегральных схем могут быть генераторы импульсных или гармонических сигналов, усилители, детекторы, триггеры, счетчики импульсных сигналов, шифраторы и дешифраторы.

Сложность интегральных схем определяется степенью интеграции, а степень интеграции определяет функциональные возможности интегральных схем.

По степени интеграции различают:

· большие интегральные схемы (БИС)

· сверхбольшие интегральные схемы (СБИС)

В зависимости от технологии изготовления различают полупроводниковые (пленочные) приборы, совмещенные (гибридные).

Соединение элементов интегральных схем выполняется в виде разного рода пленок нанесенных на поверхность подложки.

Путем подбора материала пленок удается создать высоко качественные пассивные R, C, L элементы.

В гибридных интегральных схемах пассивные элементы пленочные, а полупроводниковые выполняются на обычной подложке.

В зависимости от принципа действия различают биполярные и полевые транзисторы. Управление процессом работы биполярного транзистора – токовые, а полевого транзистора электрическим полем.

Принцип работы полупроводниковых приборов

Электрическая проводимость обусловлена наличием свободных носителей в виде отрицательных зарядов – электронов, и носителей положительных зарядов – дырок

Проводимости обусловлены движением электронов и дырок называют проводимостями n и p типа. Проводимости n и p типа сильно зависят от примесей полу проводимых материалов, температуры окружающей среды, приложенного напряжения.

Область перехода между n-p областями называют электронно-дырочным или просто p-n переходом. Электроны движутся в сторону дырок. При движение электронов они рекомбинируются с дырками, а в n область диффундируют дырки.

На границе n-p областей образуется обедненный запирающий слой.

Этот запирающий слой зависит от материала полупроводника.

Так например при использование кремния запирающий слой оказывается равным 0,3 мкм, а напряжение которое необходимо приложить для преодоления потенциального барьера в. При использование германия ширина потенциального барьера равна 2.5, а напряжение в.

Если к p переходу приложить положительный потенциал, а к n отрицательный то такое приложение напряжения считается прямым. Если к p переходу приложить отрицательный, а к n положительный то такое приложение напряжения считается обратным.

Прямое напряжение уменьшает высоту потенциального барьера, а обратное увеличивает.

При приложении разности потенциалов к p-n переходу, через него начинает протекать ток.

Вольт амперная характеристика p-n перехода имеет следующий вид:

Если к p-n переходу прикладывается прямое и обратное напряжение, то вольт амперная характеристика принимает следующий вид:

Если приложено обратное напряжение, то в начале тока через p-n переход нет. По мере увеличения обратного напряжения через p-n переход начинает протекать ток резко увеличивается, наступает при этом пробой p-n перехода.

Различают:

1) лавинный пробой

2) туннельный пробой

3) тепловой пробой

При большом обратном напряжении электроны и дырки приобретают такую энергию что способны разорвать одну из ковалентных связей нейтрального атома полупроводника, в следствии этого рождаются новые носители. ……. То появляется больше одной пары носителей и наступает лавинный процесс размножения носителей и как следствие лавинный пробой.

Туннельный пробой(2) наступает при меньших напряжениях и связан с уменьшением запирающей зоны под воздействием сильного поля.

Тепловой пробой наступает в результате разогрева p-n перехода.

Лавинный и туннельный процессы являются не разрушаемым p-n переход и являются обратимыми. Тепловой является разрушаемым и не обратимым.

Дата добавления: 2014-01-06