Полупроводниковые приборы это – Полупроводниковые приборы — Википедия

Содержание

Полупроводниковые приборы — Википедия

Материал из Википедии — свободной энциклопедии

Полупроводниковые приборы, ПП — широкий класс электронных приборов, изготавливаемых из полупроводников.

К полупроводниковым приборам относятся:

  • Интегральные схемы (микросхемы)
  • Полупроводниковые диоды (в том числе варикапы, стабилитроны, диоды Шоттки),
  • Тиристоры, фототиристоры,
  • Транзисторы,
  • Приборы с зарядовой связью,
  • Полупроводниковые СВЧ-приборы (диоды Ганна, лавинно-пролётные диоды),
  • Оптоэлектронные приборы (фоторезисторы, фотодиоды, фототранзисторы, солнечные элементы, детекторы ядерных излучений, светодиоды, полупроводниковые лазеры, электролюминесцентные излучатели),
  • Терморезисторы, датчики Холла.
в СССР

Исследование и первые попытки создания полупроводниковых приборов проводились в СССР ещё в 1920-х — 1930-х годах. В 1924 году в Нижегородской радиолаборатории учёный О. В. Лосев создал полупроводниковый детектор-усилитель и детектор-генератор электромагнитных излучений на частоты до десятков МГц. На этой основе впервые в мире было создано детекторное приёмопередаточное устройство — кристадин

[1].

Позже в СССР для развития отрасли были созданы научно-исследовательские институты и центры. В 1956 году введён в эксплуатацию Завод полупроводниковых приборов. Среди продукции завода на то время — пальчиковые лампы широкого применения и сверхминиатюрные стержневые лампы, первые полупроводниковые диоды Д2, диоды Д9, Д10, Д101-103А, Д11, стабилитроны Д808-813[2].

в России

Холдинг «Росэлектроника» объединяет предприятия-производители электроной продукции.

см. Категория:Производители полупроводниковых приборов

Микросхемы

При изготовлении микросхем используется метод фотолитографии (проекционной, контактной и др.), при этом схему формируют на подложке (обычно из кремния), полученной путём резки алмазными дисками монокристаллов кремния на тонкие пластины.

  • С. Зи. Физика полупроводниковых приборов. В 2-х тт. 2-е изд. М., Мир, 1984.
  • М. С. Шур. Физика полупроводниковых приборов. В 2-х тт. М., Мир, 1992.
  • Лебедев А. И. Физика полупроводниковых приборов. — М.: Физматлит, 2008.
  • Пасынков В. В., Чиркин Л. К. Полупроводниковые приборы: Учебник для вузов. — 8-е издание, исправленное.. — М.: Лань, 2006. — 480 с.

ru.wikipedia.org

Классификация полупроводниковых приборов. — Студопедия.Нет

 

Полупроводниковыми приборами называются приборы, принцип действия которых основан на использовании свойств pn-переходов.

1. Полупроводниковые резисторы

2. Полупроводниковые диоды

3. Биполярные транзисторы

4. Полевые транзисторы

5. Тиристоры

6. Полупроводниковые фотоэлектрические приборы.

7. Полупроводниковые микросхемы.

8. Комбинированные полупроводниковые приборы.

 

Полупроводниковые резисторы

 

Классификация:

1. Линейные резисторы

2. Варисторы

3. Терморезисторы (термисторы и позисторы)

4. Тензорезисторы

5. Фоторезисторы.

 

Линейные резисторы

Линейный резистор — полупроводниковый резистор, в котором применяется слаболегированный материал типа кремния или арсенида галлия.

 

Используются в интегральных микросхемах.

 

Варисторы

Варистор — полупроводниковый резистор, сопротивление которого зависит от приложенного напряжения.

 

Один из основных параметров варистора коэффициент нелинейности. , где U I Напряжения и ток варистора. Коэффициент нелинейности для различных типов варисторов лежит в пределах 2-6.

 

Терморезисторы (термисторы и позисторы)

 

Терморезистор — полупроводниковый резистор, в котором используется зависимость электрического сопротивления полупроводника от температуры.

Термистор — сопротивление с ростом температуры падает.

Позистор — сопротивление с ростом температуры растет.

 

Один из основных параметров терморезистора — температурный коэффициент сопротивления, который выражает процентное изменение сопротивления в зависимости от температуры.

Для термисторов K=-0.3 — -0.66. У позисторов температурный коэффициент положительный. Применяются в системах регулирования, тепловой защите.

 

Тензорезисторы

Тензорезистор — полупроводниковый резистор, в котором используется зависимость электрического сопротивления от механических деформаций. Важнейшей характеристикой является деформационная характеристика.

 

 

Основными параметрами является номинальное сопротивление R= 100-500 Ом и коэффициент тензочувствительности  

К=-150 — +150.

 

Полупроводниковые диоды.

 

Полупроводниковый диод это полупроводниковый прибор с одним pn-переходом. По конструкции классифицируются как плоскостные и точечные.

 

К точечным диодам относятся:

 

1. Выпрямительные.

2. СВЧ — диоды.

 

К плоскостным диодам относятся:

 

1. Выпрямительные

2. Стабилитроны

3. Туннельные диоды

4. Обращенные диоды

5. Варикапы.

6. Светодиоды

7. Фотодиоды

8. Фотоэлементы.

 

Выпрямительные диоды.

 

Это диоды предназначенные для выпрямления переменного тока. По мощности подразделяютя на маломощные, средней и большой мощности. Вольтамперная характеристика аналогична характеристике pn-перехода. Основные параметры:

— прямое напряжение, которое нормируется при определенном прямом токе.

— максимально допустимый прямой ток

— максимально допустимое обратное напряжение

— обратный ток, который нормируется при определенном обратном напряжении.

Для повышения обратного напряжения диоды включаются последовательно. В диодных матрицах диоды присоединены к одному общему выводу. В диодных сборках используется параллельное, последовательное, мостовое и другие способы включения диодов.

 

Стабилитроны

Полупроводниковый диод, напряжение на котором в области пробоя слабо зависит от тока и который используется для стабилизации напряжения. Работа стабилитрона видна из его вольт — амперной характеристики.

 

 

При увеличении Iн Iс уменьшается, а напряжение остается постоянным за счет характеристики стабилитрона. Основными параметрами стабилитрона являются:

1. Напряжение на участке стабилизации Uст

2. Динамическое сопротивление на участке стабилизации

3. Минимальный и максимальный токи стабилизации Iст min Iст max Стабилитроны допускают последовательное включение, при этом общее напряжение стабилизации равно сумме напряжений стабилизации.

 

Туннельный диод.

Полупроводниковый диод на основе вырожденного полупроводника. Из-за высокой концентрации примесей и малой ширины pn-перехода в области перехода появляются так называемые потенциальные ловушки, что приводит к образованию на вольтамперной характеристике участка с отрицательным сопротивлением (т.е. при увеличении напряжения ток уменьшается).

 

 

Основными параметрами являются:

1. Ток пика Ip

2. Отношение тока пика к току впадины

 

Обращенные диоды

 

— Разновидность туннельных диодов. Электрическая проводимость при обратном напряжении вследствие туннельного эффекта значительно больше, чем при прямом напряжении. Обладают вентильными свойствами при малых напряжениях в той области, где выпрямительные диоды вентильными свойствами не обладают. Туннельные диоды применяются в генераторах высокочастотных колебаний и в импульсных переключателях.

 

Варикап

 

Полупроводниковый диод, в котором используется зависимость емкости pn-перехода от обратного напряжения. Варикап применяется в качестве элемента с электрически управляемой емкостью. Используется в схемах управления, для автоматической подстройки частоты.

 

 

Основные параметры:

Общая емкость при небольшом обратном напряжении Uобр=2-5В и коэффициент перекрытия по емкости . Для большинства варикапов С=10-500 пФ и К=5-20.

В последнее время появилось еще два типа диодов — магнитодиод и тензодиод. Магнитодиод — полупроводниковый диод в котором используется изменение вольтамперной характеристики под действием магнитного поля. Основным параметром является его чувствительность , где dU и dB приращение прямого напряжения и магнитной индукции. K=(10-50)*103 B/(Тл*мА)

Тензодиод -полупроводниковый диод в котором используется изменение вольтамперной характеристики под действием механических деформаций. В качестве тензодиодов обычно применяются туннельные диоды у которых отдельные участки в/а характеристики существенно зависят от деформации рабочего тела диода.

 

Биполярные транзисторы

Биполярным транзистором называется полупроводниковый прибор состоящий из трех областей с чередующимися типами электропроводности, пригодный для усиления мощности.

 

Классификация:

 

По типу:

 

1. p-n-p-тип

 

 

2. n-p-n-тип

 

По частоте:

 

1. низкочастотные f < 3 Мгц

2. среднечастотные 3 МГц < fгр < 30 Мгц

3. высокочастотные 30М Гц < fгр < 300 Мгц

4. сверхвысокочастотные fгр > 300 Мгц

 

По мощности:

1. малой мощности Рmax < 0.3 Вт

2. средней мощности 0.3 Вт < Рmax < 1.5 Bт

3. большой мощности Рmax > 1.5 Bт

 

В биполярных транзисторах ток определяется носителями зарядов двух типов: электронов и дырок (отсюда и название биполярный) Транзистор имеет три вывода которые называют база, эмиттер, коллектор. В зависимости от проводимости транзисторы подразделяют на транзисторы прямой проводимости p-n-p и транзисторы обратной проводимости n-p-n. В зависимости от полярности прикладываемых напряжений транзистор может работать в одном из трех режимов:

1. Режим отсечки. Напряжение между эмиттером и базой и напряжение между эмиттером и коллектором обратные.

2. Режим насыщения. Напряжение между эмиттером и базой и напряжение между эмиттером и коллектором прямые.

3. Активный режим. Напряжение между эмиттером и базой прямое, а между эмиттером и коллектором обратное.

 

Рассмотрим работу транзистора в активном режиме.

 

При действии прямого напряжения Еб эмиттерный переход смещается в прямом направлении (ширина перехода уменьшается) и дырки свободно проходят через pn переход в область базы. База очень тонкая, поэтому основная масса дырок перемещается к коллекторному переходу и лишь незначительная часть рекомбинирует с электронами базы, образуя ток базы Iб. Изменением тока базы можно изменять напряжение на эмиттерном переходе (изменять ширину, а следовательно сопротивление перехода) и таким образом управлять током между эмиттером и коллектором. Следовательно, особенность транзистора состоит в том, что между его электронно дырочными переходами существует взаимодействие — ток одного из переходов может управлять током другого перехода. В этом состоит усилительное свойство транзистора — незначительное изменение тока базы Iб влечет значительное изменение тока коллектора Iк. Уравнение связи токов в транзисторе имеет вид: Iэ=Iб+Ik+Iко, где Iко — обратный коллекторный ток. Связь между приращением эмиттерного и коллекторного токов характеризуется коэффициентом передачи тока:  при Uкб=Const для схемы с общей базой.

 

Схемы включения транзистора.

 

studopedia.net

1. Полупроводниковые приборы

Полупроводниковые материалы объединяют обширный класс мате­риалов с удельным сопротивлением 108 — 10-6 Ом • м. Наибольшее при­менение нашли кремний Si и германий Gе.

В электронной структуре кристалла кремния с примесью фосфора четыре валентных электрона фосфора и валентные электроны четырех соседних атомов кремния образуют четыре связанные пары. Пятый ва­лентный электрон фосфора оказывается избыточным. При незначитель­ных затратах энергии от внешних источников (тепловая энергия при комнатной температуре) избыточный электрон теряет связь с атомом примеси и становится свободным электроном. Атом, фосфора, поте­ряв электрон, становится неподвижным положительным; ионом. Такой полупроводник называется полупроводником с электронной электро­проводностью или полупроводником n-типа, а соответствующая при­месь — донорной. На рис. 10.1 приведено условное изображение идеаль­ного полупроводника n-типа, на котором неподвижный положительный ион обозначен знаком плюс в кружочке, а подвижный свободный электрон — знаком минус.

Если в качестве примеси используется индий, имеющий три валентных электрона, то в электронной структуре кристалла кремния одна валентная связь атома индия с четырьмя соседними атомами кремния недоукомплектована и в кристалле образуется «дырка». Для образо­вания устойчивой электронной структуры кристалла необходим дополнительный электрон. Тепловой энергии при комнатной температуре вполне достаточно для того, чтобы атом индия захватил один электрон из валентной связи между соседними атомами кремния. При этом атом индия превращается в устойчивый неподвижный отрицательный ион, а дырка перемещается на место расположения захваченного электрона. Далее на место вновь образовавшейся дырки может переместиться электрон из соседней валентной связи и т. д. С электрофизической точки зрения этот процесс можно представить как хаотическое движение в кристалле свободных дырок с положительным зарядом, равным заря­ду электрона. Такой полупроводник называется полупроводником с дырочной электропроводностью или полупроводником р-типа, а со­ответствующая примесь — акцепторной. На рис. 10.2 приведено условное изображение идеального полупроводника р-типа.

Хотя в обоих рассмотренных выше процессах участвуют только электроны, введение фиктивных дырок с положительным зарядом удобно с методической точки зрения.

Свободные электроны и дырки возникают не только в полупровод­никах, содержащих примеси, но и в идеальных полупроводниках без примесей, если энергии внешнего источника достаточно для разрыва валентной связи. Разрыв одной валентной связи в электрически нейт­ральном атоме кремния эквивалентен рождению пары «электрон-дырка», изображенной условно на рис. 10.3. Этот процесс называется генерацией или термогенерацией, если источником энергии служит теп­ловая энергия. Одновременно протекает и обратный процесс — рекомбинация, т. е. восстановление валентной связи при встрече электрона и дырки.

Благодаря термогенерации в идеальном полупроводнике как с донорной, так и с акцепторной примесью имеются свободные заряды обоих знаков. Для полупроводников n-типа свободные электроны называются основными, а дырки — неосновными носителями заряда. Для полупроводника р-типа основными носителями заряда служат дырки, а неосновными — электроны. В дальнейшем эти заряды будем называть сокращенно основными и неосновными носителями. Концентрация основных носителей, т. е. их число в 1 см3, обычно значительно пре­вышает концентрацию неосновных носителей.

Если в однородном полупроводниковом стержне создать при по­мощи внешнего источника электрической энергии напряженность электрического поля ξ, то наряду с хаотическим (тепловым) дви­жением электронов и дырок возникнет их упорядоченное движение (дрейф) в противоположных направлениях, т. е. электрический ток, называемый током проводимости:

I = In + Ip, (10.1)

где In и Ip электронная и дырочная составляющие тока.

За время свободного пробега среднего расстояния lср между атома­ми полупроводника подвижные носители зарядов приобретают кине­тическую энергию

W = e lcp E. (10.2)

Этой энергии при напряженности электрического поля E > 6 МВ/м достаточно для ударного возбуждения атомов полупроводника, т. е. разрыва в них валентных связей и рождения пары «электрон-дырка». Происходит резкое увеличение числа подвижных носителей заряда и, следовательно, удельной проводимости полупроводника. Описанное явление называется лавинным пробоем. Лавинный пробой обратим. Свойства полупроводника восстанавливаются при уменьшении напря­женности электрического поля. Этим лавинный пробой отличается от теплового пробоя. Последний наступает за лавинным пробоем при дальнейшем увеличении напряженности электрического поля и вызы­вает разрушение полупроводника.

ПОЛУПРОВОДНИКОВЫЕ ДИОДЫ

В полупроводниковых диодах используется свойство р-п перехода, а также других электрических переходов хорошо проводить электри­ческий ток в одном направлении и плохо — в противоположном. Эти токи и соответствующие им напряжения между выводами диода на­зываются прямым и обратным токами, прямым и обратным напря­жениями.

По способу изготовления различают сплавные диоды, диоды с диф­фузионной базой и точечные диоды. В диодах двух первых типов пере­ход получается методами спавления пластин р- и n-типов или диффу­зии в исходную полупроводниковую пластину примесных атомов. При этом р-п переход создается на значительной площади (до 1000мм2). В точечных диодах площадь перехода меньше 0,1 мм2. Они применяются главным образом в аппаратуре сверхвысоких частот при значении пря­мого тока 10—20 мА.

По функциональному назначению полупроводниковые диоды делятся на выпрямительные, импульсные, стабилитроны, фотодиоды, светоизлучающие диоды и т. д.

Выпрямительные диоды предназначены для преобразования перемен­ного тока в постоянный и выполняются по сплавной или диффузионной технологии. На рис. 10.11 приведены условное изображение выпрями­тельного диода и его типовая вольт-амперная характеристика. Прямой ток диода направлен от анодного А к катодному Кат. выводу. Нагру­зочную способность выпрямительного диода определяют: допустимый прямой ток Iпр и соответствующее ему прямое напряжение Uпр , допустимое обратное напряжение Uобр и соответствующий ему обратный ток Iобр, допустимая мощность рассеяния Ррас и допустимая темпе­ратура окружающей среды (до 50°С для германиевых и до 140оС для кремниевых диодов).

Вследствие большой площади р-п перехода допустимая мощность рассеяния выпрямительных диодов малой мощности с естественным охлаждением (рис. 10.12, а) достигает 1Вт при значениях прямого тока до 1 А. Такие диоды часто применяются в цепях автоматики и в приборостроении. У выпрямительных диодов большой мощности (рис. 10.12, б) с радиаторами и искусственным охлаждением (воз­душным или водяным) допустимая мощность рассеяния достигает 10 кВт при значениях допустимых прямого тока до 1000 А и обратного напряжения до 1500 В.

Импульсные диоды предназначены для работы в цепях формирова­ния импульсов напряжения и тока.

Стабилитроны, называемые также опорными диодами, предназначе­ны для стабилизации напряжения. В этих диодах используется явление неразрушающего электрического пробоя (лавинного пробоя) р-п пере­хода при определенных значениях обратного напряжения Uобр = Uпроб (рис. 10.13, а). На рис. 10.13, б приведена простейшая схема стабили­затора напряжения на приемнике с сопротивлением нагрузки rн. При изменении напряжения между входными выводами стабилизатора Uвх > Uпроб(rн + r)/rн напряжение между выходными выводами UвыхUпроб изменяется незначительно.

БИПОЛЯРНЫЕ ТРАНЗИСТОРЫ

Работа биполярных транзисторов основана на явлениях взаимодей­ствия двух близко расположенных р-п переходов. Различают плоскост­ные и точечные биполярные транзисторы. Переходы в точечных бипо­лярных транзисторах имеют малую площадь и аналогичны по конструк­ции переходам в точечных диодах. Такие транзисторы не получили су­щественного распространения.

Плоскостной биполярный транзистор представляет собой трехслой­ную структуру типа п-р-п (рис. 10.14) и типа р-п-р. На рис. 10.15, а и б даны условные изображения этих транзисторов. Транзистор называется биполярным потому, что физические процессы в нем связаны с движе­нием носителей зарядов обоих знаков (свободных дырок и электронов).

Средний слой биполярного транзистора называется базой Б, один крайний слой — коллектором К, а другой крайний слой — эмитте­ром Э. Каждый слой имеет вывод, при помощи которого транзистор включается в цепь. В зависимости от полярности напряжения между выводами биполярного транзистора он работает в различных режимах.

Различают четыре режима работы биполярного транзистора:

1) активный режим, в котором переход эмиттер-база включен в пря­мом направлении, а переход коллектор-база — в обратном;

2) инверсный режим, в котором переход эмиттер-база включен в обратном направлении, а переход коллектор-база — в прямом;

3) режим отсечки, в котором оба перехода включены в обратном направлении;

4) режим насыщения, в котором оба перехода включены в прямом направлении.

В схемах, в которых транзистор применяется для усиления сигналов, основным является его активный режим работы. При подключении положительного полюса источника постоянной ЭДС ЕЭ= -UЭБк базе потенциальный барьер р-n перехода (п-р-п транзистор на рис. 10.14) между базой и эмиттером понижается. Свободные электроны диф­фундируют (инжектируются) из эмиттера в базу, образуя ток IЭ в цепи эмиттера. Если между коллектором и базой включен источник постоянной ЭДС ЕК=UКБотрицательным полюсом к базе, то увеличи­вается потенциальный барьер р-п перехода между базой и коллек­тором. Большая часть электронов, инжектированных из эмиттера в базу, втягивается сильным электрическим полем с напряженностью ξКБ этого р-п перехода, образуя ток IК в цепи коллектора. Заметим, что электрическое поле в переходе коллектор—база существует и при разомкнутой ветви с источником ЭДС ЕК (см. рис. 10.4). Поэтому ток коллектора от значения напряжения UКБ ≥ 0 зависит мало. Не­значительная часть свободных электронов, инжектированных из эмит­тера в базу, образует ток IБ в цепи базы.

В рассмотренном случае база является общим электродом входной и выходной цепей. Такая схема включения биполярного транзистора называется схемой с общей базой (ОБ). Для усиления сигнала при­меняются также схемы включения биполярных транзисторов с общим коллектором (ОК) и общим эмиттером (ОЭ). Последнюю рассмот­рим более подробно, так как она наиболее распространена (рис. 10.16).

Работу биполярного транзистора, включенного по схеме с ОЭ, опре­деляют статическими коллекторами IК(UКЭ)= const (рис. 10.17, а) и базовыми IБ(UБЭ)UКЭ = const (рис. 10.17, б) характеристиками. Область рабочих режимов транзистора на его коллекторных характери­стиках ограничена максимально допустимыми значениями тока IКmax, напряжения UКэmax и мощности рассеяния Pрас max ≈ UКЭIК, а также нелинейными искажениями при малых значениях тока коллек­тора.

Основное достоинство биполярных транзисторов — высокое быстро­действие при достаточно больших токах коллектора. Наличие внешних теплоотводов позволяет работать биполярным транзисторам при мощ­ности рассеяния до 50 Вт и токах до 10 А. Основной недостаток — от­носительно небольшие сопротивление входной цепи биполярного транзистора, включенного по схеме с ОЭ (1—10 кОм), и плотность раз­мещения при производстве интегральных микросхем.

ПОЛЕВЫЕ ТРАНЗИСТОРЫ

Различают полевые транзисторы с управляющим р-п переходом и на основе конструкции металл-диэлектрик-полупроводник или МДП -транзисторы.

А. Полевые транзисторы с управляющим р-п переходом. Рассмот­рим принцип работы полевого транзистора с управляющим р-п пере­ходом (рис. 10.19).

Между двумя электродами, называемыми истоком И и стоком С. расположен n-канал из полупроводника n-типа. Если между истоком и стоком включен источник с ЭДС ЕС положительным полюсом к стоку, то в n-канале есть ток проводимости (10.1), значение которого зависит от сопротивления канала. В свою очередь сопротивление n-канала зависит от его ширины, которую в полевых транзисторах мож­но изменять. Для этого между третьим электродом, называемым затвором 3, и истоком включен источник ЭДС ЕЗ отрицательным полю­сом к затвору, так что р-п переход между n-каналом и полупровод­ником р-типа, который находится у затвора, включен в обратном направлении. Ширина обедненного подвижными носителями р-п перехо­да влияет на ширину n-канала и тем самым на его проводимость. От­метим, что вместо n-канала может быть р-канал из полупроводника р-типа, а затвор — из полупроводника n-типа.

Работу полевого транзистора с управляющим р-п переходом опре­деляют статические стоковые IС(UСИ)UЗИ = const(рис. 10. 20, а) стоко-затворные IС(UЗИ)UСИ = const(рис. 10. 20, б) характеристики.

В рассмотренном случае (рис. 10.19) полевой транзистор включен по схеме с общим истоком (ОИ). Возможно включение полевого тран­зистора также по схеме с общим стоком (ОС) и общим затвором (О3). Однако две последние разновидности схем включения приме­няются редко и здесь не будут рассматриваться.

Условные обозначения полевых транзисторов с управляющим р-п переходом, МДП-транзисторов с индуцированным каналом и МДП-транзисторов со встроенным каналом приведены соответственно на позициях 1-3 рис. 10.25, а для канала n-типа и рис. 10.25, б для канала р-типа.

Основные достоинства полевых транзисторов — большое сопротив­ление входной цепи (1—10 МОм) и технологичность при производстве интегральных микросхем с большой плотностью размещения элемен­тов. Основной недостаток — относительно невысокое быстродействие.

ТИРИСТОРЫ

Тиристор — полупроводниковый прибор с двумя устойчивыми состоя­ниями и тремя или более последовательно включенными р-п перехо­дами. Наиболее распространена структура тиристора с четырьмя чере­дующимися слоями полупроводников р- и n-типов (рис. 10.26).

Различают управляемые, или триодные, и неуправляемые, или диод­ные, тиристоры.

Триодный тиристор кроме анодного и катодного выводов имеет еще вывод управляющего электрода УЭ. Последний подключается либо к ближайшей к катоду р-области, либо к ближайшей к аноду n-области. В соответствии с этим различают катодное и анодное управ­ление тиристором. Первое подключение более распространено. Струк­тура тиристора с катодным управлением, его условное изображение и ВАХ приведены на рис. 10.28. При изменении напряжения управления Uуп изменяется и напряжение включения тиристора Uвкл. Следователь­но, его можно использовать как управляемый ключ.

Для запирания триодного тиристора необходимо уменьшить ток практически до нуля.

Типовая конструкция триодного тиристора большой мощности при­ведена на рис. 10.29, где 1 — основание из меди; 2 — трубка из стали со стеклоизолятором; 3, 4 — четырехстопная структура р-п-р-п с при­паянными к ней вольфрамовыми дисками 5 и б; 7,8 — стержневые вы­воды катода и управляющего электрода соответственно, которые через переходные втулки 9 соединяются с гибкими наружными выводами.

Основная область применения тиристоров — преобразовательная тех­ника. Номинальные значения токов у некоторых типов тиристоров в открытом состоянии достигают 5000 А, а номинальные значения на­пряжений в закрытом состоянии — до 5000 В.

Лекция 15. Выпрямители

. Классификация

По своим функциональным задачам полупроводниковые устройства можно разделить на три грунпы: преобразовательные, в том числе вы­прямительные; усилительные и импульсные, в том числе логические.

Преобразовательные устройства осуществляют преобразование на­пряжения и тока источника энергии в напряжение и ток, необходимые приемнику энергии. Выпрямительные устройства служат для преобра­зования синусоидальных напряжений и токов в постоянные. Обратное преобразование реализуют инверторы, а изменение значений постоян­ного напряжения и частоты синусоидального тока — преобразователи напряжения и частоты. Преобразовательные устройства широко при­меняются в электроприводе, устройствах электросварки, электро­термии и т. д. В усилительных устройствах те или иные параметры сиг­налов увеличиваются до значений, необходимых для работы исполни­тельных органов. При помощи импульсных и логических устройств создают различные системы управления. Первые обеспечивают необ­ходимую временную программу, а вторые — необходимую логическую программу совместной работы отдельных частей объекта управления.

Отметим, что деление полупроводниковых устройств по их функцио­нальному назначению в известной степени условно. Реальные полупро­водниковые устройства часто содержат элементы нескольких групп, а также генераторы синусоидальных колебаний, стабилизаторы напря­жения и т. п.

studfile.net

Полупроводниковые приборы

Действие полупроводниковых приборов основано на электронных процессах, протекающих в кристаллах полупроводников. Основным полупроводниковым материалом в настоящее время является кристаллический кремний.

Кристаллы кремния в обычных условиях являются диэлектриками. Однако, если в них ввести небольшое количество пятивалентных элементов (сурьма, мышьяк), в их кристаллической решетке образуются свободные электроны и кристаллы становятся проводниками. Такая проводимость кристаллов называется электронной, или отрицательной, или негативной (negative), или проводимостью n-типа.

Введение в кристалл кремния трехвалентных примесей (индий, бор) приводит к тому, что в кристалле возникает дефицит электронов — так называемые дырки, которые также могут переносить электрические заряды. Такая проводимость называется дырочной, или положительной (positive), или проводимостью р-типа.

Полупроводниковые приборы подразделяются по своей структуре на дискретные и интегральные. К дискретным полупроводниковым приборам относятся диоды, транзисторы, фотоэлементы, а также полупроводниковые приборы, управляемые внешними факторами, — фоторезисторы, фотодиоды, фототранзисторы, терморезисторы, варисторы, варикапы, которые используются в качестве датчиков физических параметров. К интегральным приборам относятся интегральные микросхемы и микропроцессоры.

Диоды. Различают выпрямительные и излучающие диоды, фотодиоды.

Выпрямительные диоды представляют собой полупроводниковые приборы, состоящие из двух слоев полупроводникового материала с электропроводностью типа n и p. Граница между этими слоями обладает способностью пропускать электрический ток только в одном направлении. Такие диоды предназначены для преобразования переменного тока в постоянный.

Излучающие диоды представляют собой диоды, способные излучать свет определенного спектрального состава при прохождении через них тока. Излучающие диоды применяют в качестве индикаторов режимов работы аппаратуры, часов, микрокалькуляторов.

Фотодиоды обладают свойством пропускать или не пропускать электрический ток в зависимости от уровня освещения. Используются для автоматического отключения уличного освещения, для подсчета деталей на конвейере, а также в турникетах.

Транзисторы — это полупроводниковые приборы, предназначенные для усиления, генерирования и преобразования электрических колебаний.

Транзисторы в отличие от диодов состоят из трех кристаллов типа р-n-р или n-р-n и имеют три вывода.

Интегральные микросхемы представляют собой изделия электронной техники, содержащие совокупность резисторов, конденсаторов, диодов и транзисторов, электрически связанных по определенной схеме. Интегральные микросхемы являются элементной базой современной электронной аппаратуры третьего поколения и предназначены для преобразования, обработки и хранения информации.

В зависимости от количества входящих в их состав элементов, интегральные микросхемы условно подразделяются на малые интегральные схемы (МИС — до 102 элементов на полупроводниковый кристалл), средние (СИС — до 103), большие (БИС — до 104), сверхбольшие (СБИС — до 106), гига-большие (ГБИС — более 109 элементов на кристалл).

По функциональному назначению выделяют аналоговые, цифровые и преобразовательные интегральные микросхемы.

Аналоговая интегральная схема — это микросхема, в которой прием, преобразование и выдача сигналов осуществляется посредством плавного (непрерывного) изменения напряжения. Эти микросхемы широко применяются в аудиоаппаратуре.

Цифровая интегральная схема — это микросхема, в которой происходит преобразование дискретных сигналов («О», «1»). Цифровые интегральные схемы применяются в микропроцессорах, в ЭВМ, аппаратуре с цифровым программным управлением (пульты дистанционного управления).

Аналого-цифровые преобразователи (АЦП) и цифро-аналоговые преобразователи (ЦАП) представляют собой устройства, осуществляющие автоматическое преобразование непрерывно изменяющейся аналоговой величины в цифровой код и наоборот. АЦП и ЦАП широко применяются в аппаратуре цифровой записи и воспроизведения информации (CD-плееры, компьютеры).

Микропроцессоры представляют собой самостоятельные устройства, выполненные, как правило, в виде одной интегральной микросхемы, осуществляющие обработку информации по хранимой в их памяти программе. Микропроцессор может осуществлять включение и выключение аппаратуры в определенное время, автоматический поиск радиостанций, запоминать значения выбранных параметров и выводить их на экран.

Микропроцессор в компьютере предназначен для управления работой всех устройств ЭВМ и для выполнения всех арифметических и логических операций над информацией, т. е. — это мозг компьютера.

Похожие статьи

znaytovar.ru

Полупроводник — Википедия

Монокристаллический кремний — полупроводниковый материал, наиболее широко используемый в промышленности сегодня.

Полупроводни́к — материал, по удельной проводимости занимающий промежуточное место между проводниками и диэлектриками, и отличающийся от проводников сильной зависимостью удельной проводимости от концентрации примесей, температуры и воздействия различных видов излучения. Основным свойством полупроводников является увеличение электрической проводимости с ростом температуры[1].

Полупроводниками являются кристаллические вещества, ширина запрещённой зоны которых составляет порядка электрон-вольта (эВ). Например, алмаз можно отнести к широкозонным полупроводникам (около 7 эВ), а арсенид индия — к узкозонным (0,35 эВ). К числу полупроводников относятся многие химические элементы (германий, кремний, селен, теллур, мышьяк и другие), огромное количество сплавов и химических соединений (арсенид галлия и др.).

Атом другого химического элемента в чистой кристаллической решётке (например, атом фосфора, бора и т. д. в кристалле кремния) называется примесью. В зависимости от того, отдаёт ли примесной атом электрон в кристалл (в вышеприведённом примере – фосфор) или захватывает его (бор), примесные атомы называют донорными или акцепторными. Характер примеси может меняться в зависимости от того, какой атом кристаллической решётки она замещает, в какую кристаллографическую плоскость встраивается.

Проводимость полупроводников сильно зависит от температуры. Вблизи температуры абсолютного нуля полупроводники имеют свойства диэлектриков.

Механизм электрической проводимости[править | править код]

Полупроводники характеризуются как свойствами проводников, так и диэлектриков. В полупроводниковых кристаллах атомы устанавливают ковалентные связи (то есть, один электрон в кристалле кремния, связан двумя атомами), электронам необходим уровень внутренней энергии для высвобождения из атома (1,76⋅10−19 Дж против 11,2⋅10−19 Дж, чем и характеризуется отличие между полупроводниками и диэлектриками). Эта энергия появляется в них при повышении температуры (например, при комнатной температуре уровень энергии теплового движения атомов равняется 0,04⋅10−19 Дж), и отдельные электроны получают энергию для отрыва от ядра. С ростом температуры число свободных электронов и дырок увеличивается, поэтому в полупроводнике, не содержащем примесей, удельное электрическое сопротивление уменьшается. Условно принято считать полупроводниками элементы с энергией связи электронов меньшей чем 1,5—2 эВ. Электронно-дырочный механизм проводимости проявляется у собственных (то есть без примесей) полупроводников. Он называется собственной электрической проводимостью полупроводников.

Дырка[править | править код]

Во время разрыва связи между электроном и ядром появляется свободное место в электронной оболочке атома. Это обуславливает переход электрона с другого атома на атом со свободным местом. На атом, откуда перешёл электрон, входит другой электрон из другого атома и т. д. Этот процесс обуславливается ковалентными связями атомов. Таким образом, происходит перемещение положительного заряда без перемещения самого атома. Этот условный положительный заряд называют дыркой.

Обычно подвижность дырок в полупроводнике ниже подвижности электронов.

Энергетические зоны[править | править код]

Между зоной проводимости Еп и валентной зоной Ев расположена зона запрещённых значений энергии электронов Ез. Разность Еп−Ев равна ширине запрещенной зоны Ез. С ростом ширины Ез число электронно-дырочных пар и проводимость собственного полупроводника уменьшается, а удельное сопротивление возрастает.

Подвижность[править | править код]

Подвижность электронов (верхняя кривая) и дырок (нижняя кривая) в кремнии в зависимости от концентрации атомов легирующих примесей

Подвижностью μ{\displaystyle \mu } называют коэффициент пропорциональности между дрейфовой скоростью v→{\displaystyle {\vec {v}}} носителей тока и величиной приложенного электрического поля E→{\displaystyle {\vec {E}}}:

v→=μE→.{\displaystyle {\vec {v}}=\mu {\vec {E}}.}

При этом, вообще говоря, подвижность является тензором:

 vα=μαβEβ.{\displaystyle \ v_{\alpha }=\mu _{\alpha \beta }E_{\beta }.}

Подвижность электронов и дырок зависит от их концентрации в полупроводнике (см. рисунок). При большой концентрации носителей заряда вероятность столкновения между ними вырастает, что приводит к уменьшению подвижности и проводимости.

Размерность подвижности — м²/(В·с) в СИ или см/(В·с)в системе СГС.

При термодинамическом равновесии, концентрация электронов полупроводника связана с температурой следующим соотношением:

n¯=2h4(2πmkT)3/2e−EC−EFkT{\displaystyle {\bar {n}}={\frac {2}{h^{3}}}(2\pi mkT)^{3/2}e^{-{\frac {E_{C}-E_{F}}{kT}}}}

где:

h{\displaystyle h} — Постоянная Планка;
m{\displaystyle m} — масса электрона;
T{\displaystyle T} — абсолютная температура;
EC{\displaystyle E_{C}} — уровень зоны проводимости;
EF{\displaystyle E_{F}} — уровень Ферми.

Также, концентрация дырок полупроводника связана с температурой следующим соотношением:

p¯=2h4(2πmkT)3/2e−EF−EVkT{\displaystyle {\bar {p}}={\frac {2}{h^{3}}}(2\pi mkT)^{3/2}e^{-{\frac {E_{F}-E_{V}}{kT}}}}

где:

h{\displaystyle h} — Постоянная Планка.
m{\displaystyle m} — эффективная масса дырки;
T{\displaystyle T} — абсолютная температура;
EF{\displaystyle E_{F}} — уровень Ферми;
EV{\displaystyle E_{V}} — уровень валентной зоны.

Собственная концентрация ni{\displaystyle n_{i}} связана с n¯{\displaystyle {\bar {n}}} и p¯{\displaystyle {\bar {p}}} следующим соотношением:

n¯p¯=ni2{\displaystyle {\bar {n}}{\bar {p}}=n_{i}^{2}}

По характеру проводимости[править | править код]

Собственная проводимость[править | править код]

Полупроводники, в которых свободные электроны и «дырки» появляются в процессе ионизации атомов, из которых построен весь кристалл, называют полупроводниками с собственной проводимостью. В полупроводниках с собственной проводимостью концентрация свободных электронов равняется концентрации «дырок».

Проводимость связана с подвижностью частиц следующим соотношением:

σ=1ρ=q(Nnμn+Npμp){\displaystyle \sigma ={\frac {1}{\rho }}=q(N_{\rm {n}}\mu _{\rm {n}}+N_{\rm {p}}\mu _{\rm {p}})}

где ρ{\displaystyle \rho } — удельное сопротивление, μn{\displaystyle \mu _{\rm {n}}} — подвижность электронов, μp{\displaystyle \mu _{\rm {p}}} — подвижность дырок, Nn,p{\displaystyle N_{n,p}} — их концентрация, q — элементарный электрический заряд (1,602⋅10−19 Кл).

Для собственного полупроводника концентрации носителей совпадают и формула принимает вид:

σ=1ρ=qN(μn+μp){\displaystyle \sigma ={\frac {1}{\rho }}=qN(\mu _{\rm {n}}+\mu _{\rm {p}})}
Примесная проводимость[править | править код]

Для создания полупроводниковых приборов часто используют кристаллы с примесной проводимостью. Такие кристаллы изготавливаются с помощью внесения примесей с атомами трехвалентного или пятивалентного химического элемента.

По виду проводимости[править | править код]

Электронные полупроводники (n-типа)[править | править код]
Полупроводник n-типа

Термин «n-тип» происходит от слова «negative», обозначающего отрицательный заряд основных носителей. Этот вид полупроводников имеет примесную природу. В четырёхвалентный полупроводник (например, кремний) добавляют примесь пятивалентного полупроводника (например, мышьяка). В процессе взаимодействия каждый атом примеси вступает в ковалентную связь с атомами кремния. Однако для пятого электрона атома мышьяка нет места в насыщенных валентных связях, и он переходит на дальнюю электронную оболочку. Там для отрыва электрона от атома нужно меньшее количество энергии. Электрон отрывается и превращается в свободный. В данном случае перенос заряда осуществляется электроном, а не дыркой, то есть данный вид полупроводников проводит электрический ток подобно металлам. Примеси, которые добавляют в полупроводники, вследствие чего они превращаются в полупроводники n-типа, называются донорными.

Проводимость N-полупроводников приблизительно равна:

σ≈qNnμn{\displaystyle \sigma \approx qN_{\rm {n}}\mu _{\rm {n}}}
Дырочные полупроводники (р-типа)[править | править код]
Полупроводник p-типа

Термин «p-тип» происходит от слова «positive», обозначающего положительный заряд основных носителей. Этот вид полупроводников, кроме примесной основы, характеризуется дырочной природой проводимости. В четырёхвалентный полупроводник (например, в кремний) добавляют небольшое количество атомов трехвалентного элемента (например, индия). Каждый атом примеси устанавливает ковалентную связь с тремя соседними атомами кремния. Для установки связи с четвёртым атомом кремния у атома индия нет валентного электрона, поэтому он захватывает валентный электрон из ковалентной связи между соседними атомами кремния и становится отрицательно заряженным ионом, вследствие чего образуется дырка. Примеси, которые добавляют в этом случае, называются акцепторными.

Проводимость p-полупроводников приблизительно равна:

σ≈qNpμp{\displaystyle \sigma \approx qN_{\rm {p}}\mu _{\rm {p}}}

Полупроводниковый диод[править | править код]

Схема полупроводникового кремниевого диода. Ниже приведено его символическое изображение на электрических принципиальных схемах.

Полупроводниковый диод состоит из двух типов полупроводников — дырочного и электронного. В процессе контакта между этими областями из области с полупроводником n-типа в область с полупроводником p-типа проходят электроны, которые затем рекомбинируют с дырками. Вследствие этого возникает электрическое поле между двумя областями, что устанавливает предел деления полупроводников — так называемый p-n переход. В результате в области с полупроводником p-типа возникает некомпенсированный заряд из отрицательных ионов, а в области с полупроводником n-типа возникает некомпенсированный заряд из положительных ионов. Разница между потенциалами достигает 0,3-0,6 В.

Связь между разницей потенциалов и концентрацией примесей выражается следующей формулой:

φ=VTln⁡(NnNpni2){\displaystyle \varphi =V_{\rm {T}}\ln \left({\frac {N_{\rm {n}}N_{\rm {p}}}{n_{\rm {i}}^{2}}}\right)}

где VT{\displaystyle V_{\rm {T}}} — термодинамическое напряжение, Nn{\displaystyle N_{\rm {n}}} — концентрация электронов, Np{\displaystyle N_{\rm {p}}} — концентрация дырок, ni{\displaystyle n_{\rm {i}}} — собственная концентрация[2].

В процессе подачи напряжения плюсом на p-полупроводник и минусом на n-полупроводник внешнее электрическое поле будет направлено против внутреннего электрического поля p-n перехода и при достаточном напряжении электроны преодолеют p-n переход, и в цепи диода появится электрический ток (прямая проводимость, диод пропускает максимальный электрический ток).При подаче напряжения минусом на область с полупроводником p-типа и плюсом на область с полупроводником n-типа между двумя областями возникает область, которая не имеет свободных носителей электрического тока (обратная проводимость, диод сопротивляется пропусканию электрического тока). Обратный ток полупроводникового диода близок к нулю, но не равен нулю, так как в обеих областях всегда есть неосновные носители заряда. Для этих носителей p-n переход будет открыт.

Таким образом, p-n переход проявляет свойства односторонней проводимости, что обуславливается подачей напряжения с различной полярностью. Это свойство используют для выпрямления переменного тока.

Транзистор[править | править код]

Структура биполярного n-p-n транзистора.

Транзистор — полупроводниковое устройство, которое состоит из двух областей с полупроводниками p- или n-типа, между которыми находится область с полупроводником n- или p-типа. Таким образом, в транзисторе есть две области p-n перехода.

Типы полупроводников в периодической системе элементов[править | править код]

В нижеследующей таблице представлена информация о большом количестве полупроводниковых элементов и их соединений, разделённых на несколько типов:

  • одноэлементные полупроводники IV группы периодической системы элементов,
  • сложные: двухэлементные AIIIBV и AIIBVI из третьей и пятой группы и из второй и шестой группы элементов соответственно.

Все типы полупроводников обладают интересной зависимостью ширины запрещённой зоны от периода, а именно — с увеличением периода ширина запрещённой зоны уменьшается.

Группа IIB IIIA IVA VA VIA
Период
2 5 B 6 C 7 N
3 13 Al 14 Si 15 P 16 S
4 30 Zn 31 Ga 32 Ge 33 As 34 Se
5 48 Cd 49 In 50 Sn 51 Sb 52 Te
6 80 Hg

Физические явления в полупроводниках[править | править код]

Диаграмма заполнения электронных уровней энергии в различных типах материалов в равновесном состоянии. На рисунке по высоте условно показана энергия, а ширина фигур — плотность состояний для данной энергии в указанном материале.
Полутона соответствует распределению Ферми — Дирака (черный — все состояния заполнены, белый — состояние пустое).
В металлах и полуметаллах уровень Ферми EF{\displaystyle E_{F}} находится внутри, по меньшей мере, одной разрешённой зоны. В диэлектриках и полупроводниках уровень Ферми находится внутри запрещённой зоны, но в полупроводниках зоны находятся достаточно близко к уровню Ферми для заполнения их электронами или дырками в результате теплового движения частиц.

Физические свойства полупроводников наиболее изучены по сравнению с металлами и диэлектриками. В немалой степени этому способствует огромное количество физических эффектов, которые не наблюдаемы ни в тех, ни в других веществах и связаны с устройством зонной структуры полупроводников и с достаточно узкой запрещённой зоной.

Основным стимулом для изучения полупроводниковых материалов является производство полупроводниковых приборов и интегральных микросхем — это в первую очередь относится к кремнию, но затрагивает и другие полупроводниковые материалы (Ge, GaAs, InP, InSb).

Кремний — непрямозонный полупроводник, оптэлектрические свойства которого широко используются для создания фотодиодов и солнечных батарей, однако на основе кремния трудно создать источник излучения и здесь используются прямозонные полупроводники — соединения типа AIIIBV, среди которых можно выделить GaAs, GaN, которые используются для создания светодиодов и полупроводниковых лазеров.

Собственный полупроводник при температуре абсолютного нуля не имеет свободных носителей в зоне проводимости в отличие от проводников и ведёт себя как диэлектрик. При сильном легировании ситуация может поменяться (см. вырожденные полупроводники).

Легирование[править | править код]

Основная

ru.wikipedia.org

Полупроводниковые приборы — назначение и классификация

Цифровые приборы занимают все большую роль в современной электронике. Устройства, которые работают на микросхемах, теперь проникли фактически во все области применения – бытовые и промышленные приборы, детские игрушки, видео-радио-телетехника и так далее. Однако до сих пор существуют сферы применения и аналоговых дискретных элементов. Более того, полупроводниковые приборы – это сама суть современных микросхем.

Как же работают такие приспособления? Основой для таких устройств как полупроводниковые являются вещества-полупроводники. По своим электрическим характеристикам и свойствам они занимают место между диэлектриками и проводниками. Отличительные их признаки – это зависимость электропроводимости от внешней температуры, характеристики воздействия ионизирующего и светового излучения, а также концентрация примесей. Полупроводниковые приборы имеют примерно такой же набор характеристик.

В процессе создания электрического тока в любом веществе принимать участие могут только подвижные носители заряда. Чем больше подвижных носителей в единице объема вещества, тем больше будет электропроводность. В металлах фактически все электроны являются свободными, и это обусловливает высокую их проводимость. В полупроводниках и в диэлектриках носителей намного меньше, поэтому и больше удельное сопротивление.

У таких электрических элементов как полупроводниковые приборы ярко выражена температурная зависимость удельного сопротивления. При повышении температуры оно обычно уменьшается.

Таким образом, полупроводниковые приборы – это такие электронные устройства, действие которых базируется на специфических процессах в веществах под названием полупроводники. Они нашли самое широкое применение. Например, в электронике и электротехнике полупроводниковые приборы служат для того, чтобы преобразовывать различные сигналы, их частоту, амплитуду и прочие параметры. В энергетике такие приборы используют для преобразования энергии.

Приборы полупроводниковые можно по разному классифицировать. Например, известны способы классификации по принципу действия, по назначению, по конструкции, по технологии изготовления, по сферам и областям применения, по типам материалов.

Однако есть так называемые основные классы, по которым характеризуют полупроводниковый прибор. К таким классам относят:

— электропреобразовательные устройства, которые преобразуют одни величины в другие;

— оптоэлектронные, которые преобразуют световой сигнал в электрический и наоборот;

— твердотельные преобразователи изображения;

— термоэлектрические приборы, которые преобразуют тепловую энергию в электрическую;

— магнитоэлектрические и электромагнитные приборы;

— пьезоэлектрические и тензометрические.

Отдельным классом таких устройств как полупроводниковые приборы можно назвать интегральные схемы, которые обычно являются смешанными, то есть объединяют множество характеристик в одном приборе.

Обычно полупроводниковые приспособления выпускают в керамическом или пластмассовом корпусах, однако есть и бескорпусные варианты.

fb.ru

ПОЛУПРОВОДНИКОВЫЕ ПРИБОРЫ — что такое в Физической энциклопедии

общее название разнообразных приборов, действие к-рых основано на свойствах полупроводников, однородных (табл. 1) и неоднородных, содержащих p — n-переходы (см. ЭЛЕКТРОННО-ДЫРОЧНЫЙ ПЕРЕХОД) и гетеропереходы (табл. 2, 3). В П. п. используются разл. явления, связанные с чувствительностью полупроводников к внеш. воздействиям (изменению темп-ры, действию света, электрич. и магн. полей и др.), а также поверхностные свойства полупроводников (контакт полупроводник — металл, полупроводник -диэлектрик и их сочетания).

Наряду с одиночными П. п., классификация к-рых приведена в табл. 1, 2, 3, к П. п. относят также полупроводниковые и н т е г р а л ь н ы е м и к р о с х е м ы — монолитные функциональные узлы, все элементы к-рых изготавливаются в едином технология, процессе.

Табл. 1. ПОЛУПРОВОДНИКОВЫЕ ПРИБОРЫ НА ОСНОВЕ ОДНОРОДНОГО ПОЛУПРОВОДНИКА

Табл. 2. МНОГОПЕРЕХОДНЫЕ ПОЛУПРОВОДНИКОВЫЕ ПРИБОРЫ

Табл. 3. ПОЛУПРОВОДНИКОВЫЕ ПРИБОРЫ С ОДНИМ p-n-ПЕРЕХОДОМ, ГЕТЕРОПЕРЕХОДОМ ИЛИ ПЕРЕХОДОМ МЕТАЛЛ — ПОЛУПРОВОДНИК

Физический энциклопедический словарь.— М.: Советская энциклопедия.Главный редактор А. М. Прохоров.1983.

ПОЛУПРОВОДНИКОВЫЕ ПРИБОРЫ

общее название разнообразных приборов, действие к-рых основано на свойствах полупроводников — однородных (табл. 1) и неоднородных, содержащих p п — переходы и гетеропереходы (табл. 2, 3). В П. п. используются разл. явления, связанные с чувствительностью полупроводников к внеш. воздействиям (изменению темп-ры, действию света, электрич. и магн. полей и др.), а также поверхностные свойства полупроводников (контакт полупроводник — металл, полупроводник — диэлектрик и их сочетания).

Табл. 1. — Полупроводниковые приборы на основе однородного полупроводника

Внешнее воздействие

Используемое явление (свойство)

Название прибора

Число

электродов

Пропускание света выше определ. частоты

Генерация носителей заряда под действием света

Полупроводниковый лазер с оптич. накачкой

Электронный пучок

Генерация носителей под действием электронов

Полупроводниковый лазер с накачкой электронным пучком

Электрич. поле E

Электропроводность полупроводника s ток I=s Е

Резистор (сопротивление)

Генератор Ганна

Свет частоты w и E


Фотосопротивление (фоторезистор)

E и магн. поле н

Магнето резистивный эффект ( магнето-сопротивление)

Сопротивление (резистор), управляемое магн. полем

Холла эффект; V Н=f( Е, Н)

Зависимость электропроводности полупроводника от темп-ры; I=s(T)E

Термистор (терморезистор)

Тензорезистивный эффект

Табл. 2. — Многопереходные полупроводниковые приборы

Внешнее воздействие

Основные особенности

Число электродов

Биполярный транзистор

Взаимосвязанные р- и n-переходы

Диодный тиристор

Четырёхслойная

структура p — np — n

Триодный тиристор

p — n — p — n -структура с 1 управляю-

щим электродом

Полевой транзистор
с pn -переходом

Униполярный транзистор с затвором
в виде pn -перехода

Диоды с МДП-структурой (переменная ёмкость, светоизлучающие диоды, приёмники света)

МДП-транзистор

(МДП-триод)

МДП-структура

Наряду с П. п., классификация к-рых приведена в табл. 1, 2, 3, к П. п. относят также полупроводниковые интегральные схемы — монолитные функциональные узлы, все элементы к-рых изготовляются в едином технол. процессе.

Лит.: Пасынков В. В., Чиркип Л. К., Шинков А. Д., Полупроводниковые приборы, 4 изд., М., 1987; Федотов Я. А., Основы физики полупроводниковых приборов, 2 изд., М., 1970; 3 и С. М., Физика полупроводниковых приборов, пер. с англ., кн. 1-2, М., 1984,

Табл. 3, — Полупроводниковые приборы с одним pn -переходом, гетеропереходом или переходом металл-диэлектрик

Внешнее воздействие

Используемое явление

Название прибора

Число электродов

Вентильная фотоэдс

Полупроводниковый фотоэлемент, солнечная
батарея

Вольт-амперная характеристика p — n -перехода

Полупроводниковый диод-выпрямитель

Зависимость сопротивления p — n-перехода от приложенного напряжения

Варистор (переменное сопротивление)

Зависимость ёмкости
p — n-перехода от приложенного напряжения

Варактор (переменная ёмкость)

Излучат, рекомбинация
электронов и дырок в
области гомо- или гетеро- р — n -перехода
(спонтанная)

Светоизлучающий диод (электро-люминесцентный диод)

N -образная вольт-амперная характеристика
сильнолегированного
(с двух сторон) р- п-
перехода (вырождение)

Туннельный диод
(усиление и генерирование
электрич. колебаний с частотами 10 ТГц)

Излучат, рекомбинация
(вынужденная) в области гомо- или (чаще) гетеро- pn -переходов

Инжекционный лазер

Резкое возрастание тока через pn -переход из
за лавинного пробоя и
туннелирования

Стабилизатор напряжения

Генерация колебаний
СВЧ, связанная с лавинным умножением и задержкой на время
пролёта

Лавинно-пролётный диод (генератор)

Вольт-амперная характеристика контакта металл — полупроводник

Диод Шоттки, диод Мотта, точечный диод

Генерация электронно-
дырочных пар частицей, влетающей в обеднённый носителями
слой вблизи контакта
полупроводник — металл или вблизи p n -перехода

Полупроводниковый детектор частиц

Зеебека эффект

Термопара, термогенератор

Пельтье эффект

Холодильник Пельтье

Генерация электронов и
дырок в области pn
перехода под дейстием
света

Фотодиод (детектор света и др.)

Физическая энциклопедия. В 5-ти томах. — М.: Советская энциклопедия.Главный редактор А. М. Прохоров.1988.



Смотреть больше слов в «Физической энциклопедии»

ПОЛУПРОВОДНИКОВЫЙ ДЕТЕКТОР →← ПОЛУПРОВОДНИКОВЫЕ МАТЕРИАЛЫ

rus-physical-enc.slovaronline.com

Отправить ответ

avatar
  Подписаться  
Уведомление о