Полупроводниковые приборы — виды, обзор и использование


СОДЕРЖАНИЕ:

§ 50. Полупроводниковые приборы и интегральные схемы

В настоящее время отечественная промышленность выпускает огромное количество полупроводниковых приборов, которые находят широкое применение в электронике, вычислительной и радиотехнике, автоматике. Их использование позволяет значительно сократить объем и массу РЭА, так как размеры и масса этих приборов значительно меньше размеров заменяемых ими электронных ламп, а также существенно повысить надежность аппаратуры.

Промышленность выпускает сотни типов полупроводниковых приборов, отличающихся конструкцией, параметрами и характеристиками. Условно их можно разделить на четыре большие группы: диоды, транзисторы, тиристоры и оптоэлектронные приборы.

В свою очередь, каждая группа имеет несколько основных модификаций: диоды подразделяются на выпрямительные, импульсные, туннельные, варикапы, стабилитроны, стабисторы, СВЧ-диоды; транзисторы — на биполярные и полевые (низкой, средней и высокой частот, малой, средней и большой мощностей); тиристоры — на диодные и триодные; оптоэлектронные — на светоизлучающие диоды, фотодиоды, фототранзисторы и оптопары.

Полупроводниковый диод представляет собой монокристалл германия или кремния, в котором существуют граничащие друг с другом области с электронной (n) и дырочной (р) проводимостями и снабженные невыпрямляющими контактами. К контактам присоединены выводы, необходимые для включения диода в схему (рис. 100).

Рис. 100. Схема полупроводникового p-n-диода (я), его условное обозначение (б) и конструкции (в)

Контакт полупроводников с разными типами электрической проводимости называют р-n- или n-р-переходом. Основным свойством р-n-перехода является его односторонняя проводимость (в направлении от области р к области n). Поэтому диоды, состоящие из одного р-п-перехода, широко применяют для выпрямления переменного тока (рис. 101) и детектирования модулированных сигналов.

Рис. 101. Схема выпрямителя переменного тока

Выпрямительные плоскостные диоды Д7А, Д7Б, Д202, Д203 предназначены в основном для работы в выпрямителях переменного тока, импульсные точечные Д2Б, Д2В, Д9А, Д9Б — для детектирования модулирования колебаний высокой частоты, поэтому их часто называют высокочастотными диодами.

Туннельные диоды изготовляют из полупроводниковых материалов с большим содержанием примеси, в результате чего полупроводник превращается в полуметалл. Благодаря необычной форме вольт-амперной характеристики (на ней имеется участок отрицательного сопротивления) туннельные диоды используют для усиления и генерирования электрических сигналов в переключающих устройствах, они могут работать на очень высоких частотах (10—11 кГц). Разновидностью туннельных диодов являются обращенные диоды, у которых при малом напряжении на переходе р-п проводимость в обратном направлении намного больше, чем в прямом. Используют такие диоды при обратном включении, показывая это стрелкой, направленной от слоя n к слою р (рис. 102, а — б).

Рис. 102. Условные обозначения:
а — туннельного диода, б — обращенного туннельного диода, в — стабилитрона

В выпрямительных устройствах, особенно низковольтных, наиболее широко применяют полупроводниковые стабилитроны, которые работают также на обратной ветви вольт-амперной характеристики.

Стабилитроны — это плоскостные кремниевые диоды, изготовленные по особой технологии. При включении стабилитрона в обратном направлении и при определенном напряжении на n-р-переходе последний пробивается. Дальнейшее повышение напряжения на n-р-переходе приводит к увеличению тока, проходящего через него. Благодаря этому свойству стабилитроны широко применяют в качестве самостоятельных стабилизаторов напряжения. Для получения малых опорных напряжений стабилитроны включают в прямом направлении, при этом напряжение стабилизации одного стабилитрона равно 0,7—0,8 В. Такие же результаты получают при включении в прямом направлении обычных кремниевых плоскостных диодов.

Для стабилизации низких напряжений разработаны и широко применяются специальные полупроводниковые диоды — стабисторы. Отличие их от стабилитронов заключается в том, что они работают на прямой ветви вольт-амперной характеристики, т. е. при включении в прямом (проводящем) направлении. Стабилитроны и стабисторы используют для питания РЭА.

Электронно-дырочный переход, к которому приложено обратное напряжение, обладает свойствами конденсатора. При этом роль диэлектрика играет сам переход, в котором свободных носителей зарядов мало, а роль обкладок — прилежащие слои полупроводника с электрическими зарядами разного знака (электронами и дырками).

Изменяя напряжение, приложенное к р-n-переходу, можно изменять его толщину, а следовательно, и емкость такого прибора. Это явление использовано в специальных полупроводниковых диодах — варикапах. Варикапы применяют для настройки колебательных контуров в устройствах автоматической подстройки частоты, а также в качестве частотных модуляторов в различных генераторах.

Полупроводниковый триод (транзистор) состоит из двух противоположно направленных р-n-переходов, которые объединены таким образом, что одна из областей оказывается общей. Если объединены p-области этих переходов, то транзистор имеет структуру n-р-n. При объединении л областей транзистор имеет структуру р-n-р. Одна из внешних областей называется эмиттером, другая коллектором. Средняя область называется базой. Общий вид транзисторов и их условные обозначения приведены на рис. 103, а, б.

Рис. 103. Условные обозначения (а) транзисторов (б)

Об электрической проводимости базы можно судить по символу эмиттера, который обозначают в виде линии со стрелкой, подходящей к символу базы под углом 60°. Если стрелка на линии эмиттера направлена к базе, эмиттер имеет электрическую проводимость p-типа, а база — электрическую проводимость n-типа. Если же эмиттер обладает электрической проводимостью n-типа, стрелку направляют от базы, которая в этом случае имеет электрическую проводимость p-типа. Символ коллектора — также наклонная линия, проведенная к символу базы, но без стрелки. Транзисторы предназначены для усиления электрических сигналов низкой и высокой частот и в импульсных схемах.

Разновидностью транзисторов являются биполярные М25; П27; ГТ108А; ГТ109В; МП111; МП40 и полевые П401; КТ301А; ГТ309А; КТ315А.

Полевые транзисторы, обладая всеми достоинствами обычных транзисторов (малые габариты, экономичность, высокие надежность и долговечность), имеют большое входное сопротивление и малые собственные низкочастотные шумы. Принцип действия полевого транзистора основан на изменении проводимости полупроводника под действием изменяющегося электростатического поля, в результате чего изменяется ток через прибор. Типовая конструкция полевого транзистора (с переходом р-n-типа) состоит из небольшой пластинки кремния с электрической проводимостью n-типа, в объеме которой методом диффузии образован канал с электрической проводимостью p-типа. На концах канала тем же методом созданы области с электрической проводимостью p-типа, от которых сделаны выводы. Эти области являются электродами полевого транзистора — истоком и стоком. Третий вывод сделан от кристалла, являющегося третьим электродом, — затвором. Исток, сток и затвор соответствуют катоду, аноду и управляющей сетке электровакуумного триода. Условное обозначение полевого транзистора приведено на рис. 104.

Рис. 104. Условное обозначение полевого транзистора:
а — с каналом р-типа, б — с каналом n-типа; з — затвор, и — исток, с — сток

Применяемые в настоящее время полупроводниковые приборы многочисленны. Они обозначаются четырьмя элементами : первый — буква или цифра, указывающая на исходный материал (Г или 1 — германий, К или 2 — кремний, А или 3 — арсенид галлия); второй — буква, указывающая класс или группу приборов (Д — диоды, Т — транзисторы, В — варикапы, А — СВЧ-диоды, Ф — фотоприборы, И — туннельные диоды и т. д.); третий — трехзначное число, указывающее назначение и свойства прибора; четвертый — буква, указывающая разновидность типа внутри данной группы. Например, наименование ГТ-108-А означает, что это германиевый маломощный транзистор разновидности типа А. Графические обозначения полупроводниковых приборов устанавливаются ГОСТ 2.730—73.

В различной РЭА широко используют полупроводниковые ИС. Они объединяют любые функциональные узлы, выполненные в одном кристалле полупроводника различными технологическими приемами обработки полупроводниковых материалов.

В результате обработки кристаллов методами диффузии, осаждения, травления и другими методами получают отдельные области (р-n-переходы), эквивалентные резисторам, конденсаторам или активным элементам — диодам и транзисторам. Кристаллом чаще всего служит монокристаллический кремний, отличающийся хорошими технологическими свойствами, или германий.

Полупроводниковые ИС отличаются высокой степенью микроминиатюризации, которая характеризуется большим числом элементов электрической схемы в 1 см 3 объема. Для микро-модульного исполнения это число составляет 10. 20 единиц, а для ИС — сотни, тысячи и более.

Для надежной защиты от воздействия внешней среды ИС применяют различные конструкции корпусов: плоские и удлиненные металлокерамические, металлополимерные или металлостеклянные. Часто ИС заключают в модернизированные транзисторные корпуса (рис. 105). Интегральные схемы выпускают также в бескорпусном исполнении.

Рис. 105. Корпуса интегральных схем

В последнее время отечественная промышленность освоила выпуск больших интегральных схем (БИС). Плоские металлокерамические корпуса имеют радиальные выводы и небольшую высоту, что дает возможность размещать собранные электронные узлы в малом объеме, а конструкция их выводов позволяет выполнять различные виды соединений.

Металлополимерные, а также металлостеклянные корпуса имеют два ряда жестких штырьковых выводов прямоугольного или круглого сечения, которые легко вставляются в металлизированные монтажные отверстия печатных плат.

Выводы металлополимерных корпусов имеют расширение в верхней части. При установке на печатные платы ИС с такими выводами между корпусом и платой образуется зазор, в котором можно разместить теплоотводящие полоски из фольги или печатные проводники.

По своему назначению ИС подразделяют на аналоговые (или линейно-импульсные) и логические (или цифровые).

Аналоговые ИС применяют для генерирования, усиления, преобразования электрических колебаний, логические — для ЭВМ, устройств автоматики, приборов с цифровым отсчетом результатов измерений.

По технологии изготовления различают гибридные ИС и полупроводниковые. В гибридных ИС все пассивные компоненты (сопротивления, конденсаторы и др.) и токопроводники выполнены напылением тонких пленок, на которые устанавливаются активные компоненты (диоды и триоды). В полупроводниковых ИС все активные и пассивные элементы выполнены в одном объеме полупроводникового кристалла.

Свойства и особенности применения полупроводниковых приборов

Высокая экономичность и надежность, малые размеры и широкий диапазон рабочих частот полупроводниковых приборов позволяет успешно заменять электронные лампы il создавать оригинальные схемы усилителей и приемников с высокими качественными показателями.

Отличительной особенностью полупроводниковых диодов и транзисторов является их способность эффективно работать при низких (до единиц вольт) напряжениях источников питания.

Однако используемые в настоящее время полупроводниковые приборы имеют и недостатки, такие, как зависимость параметров от температуры и частоты электрических колебаний, малые входные сопротивления транзисторных усилителей, сравнительно небольшую мощность, особенно на высоких частотах, относительно большой уровень шумов, а, также чувствительность даже к кратковременным перегрузкам по току, напряжению и мощности.

При замене вышедших из строя диодов и транзисторов необходимо учитывать их особенности и выполнять следующие требования:

сохранять герметичность корпуса прибора, для чего выводы нужно изгибать на расстоянии не менее 10 мм от корпуса;

крепить транзисторы и мощные диоды допускается только за корпус;

обеспечивать наилучший тепловой контакт корпуса прибора с радиатором (из меди, алюминия) или с шасси и свободную конвекцию окружающего воздуха;

не допускать механического резонанса в диапазоне частот, предусмотренном техническими условиями на приборы и радиоприёмники.

Классификация и система обозначений полупроводниковых диодов и транзисторов

Промышленность выпускает много типов полупроводниковых приборов, различных по назначению и конструкции, а также по параметрам и характеристикам. Основным материалом для изготовления полупроводниковых диодов и транзисторов являются германий, кремний, селен, карбид кремния и арсенид галлия.

Полупроводниковыми диодами называются электропреобразовательные устройства с р — n-переходом, предназначенные для работы в схемах выпрямления переменного тока, а также в качестве детекторов низкой частоты, смесителей и видеодетекторов.

В зависимости от площади и конструкции контакта между материалами ери n-проводимостями различают точечные и плоскостные диоды. По назначению они бывают выпрямительные (в основном плоскостные), предназначенные для выпрямления переменных токов низкой частоты, и высокочастотные (точечнце ), используемые в схемах выпрямления и детектирования высокочастотных сигналов и сигналов промежуточной частоты в диапазоне до нескольких сотен мегагерц. По мощности эти диоды подразделяются на маломощные — на выпрямленный ток до 0,3А — и средней мощности;— на выпрямленный ток более 10 А.

К числу других типов диодов специального назначения относятся опорные диоды, варикапы, светодиоды и др.

Опорные диоды, или стабилитроны, используются для стабилизации напряжения. При изменении величины тока, протекающего по стабилитрону, обратно пропорционально изменяется внутреннее сопротивление его, а это позволяет обеспечивать потребитель стабилизированным напряжением.

Варикап—диод специальной конструкции, у которого используется барьерная емкость запертого р — п-перехода , зависящая обратно пропорционально от величины приложенного к диоду обратного напряжения. Отрицательный полюс управляющего напряжения должен быть включен на вывод варикапа, обозначенный знаком + . Основной параметр варикапа — величина номинальной емкости. Сном — емкость между выводами варикапа при номинальном напряжении смещения (обычно равное 4 В). Коэффициент перекрытия емкости К о указывает отношение максимальной емкости варикапа (при малом напряжении смещения) к минимальной (при наибольшем допустимом напряжении смещения).

Светодиоды — специальные полупроводниковые диоды, излучающие свет при прохождении через них тока в прямом направлении. Яркость свечения светодиодов изменяется от долей до сотен кандел на квадратный метр при изменении прямого тока от единиц до десятков миллиампер. Применяют светодиоды в качестве индикаторов (например, индикаторов настройки приемников), в визуальных фотометрах и фотоэкспонометрах.

Транзистор представляет собой электропреобразовательный полупроводниковый прибор с одним или несколькими электрическими переходами, имеющий три или более вывода.

По принципу действия транзисторы разделяют на биполярные и униполярные. К биполярным относятся транзисторы, в которых используются носители зарядов двух типов (структура р —n —р и n —р —п ), В униполярных (однопереходные и полевые) транзисторах применяются носители только одного знака — электроны или дырки.

Конструктивно транзисторы выполняются в фигурных или цилиндрических герметизированных металлических или пластмассовых корпусах.

ГОСТ 10862—72 устанавливает обозначения на разрабатываемые и модернизируемые полупроводниковые приборы: транзисторы, диоды, тиристоры и стабилизаторы тока.

Первый элемент обозначения полупроводниковых приборов определяет исходный полупроводниковый материал, из которого изготовлен прибор.

Для устройств широкого применения исходные материалы обозначаются буквами: германий или соединения германия — Г; кремний или его соединения — К ; химические соединения галлия — А.

Для приборов, используемых в устройствах специального назначения, устанавливаются обозначения цифрами: германий или соединения германия—I ; кремний или его соединения — 2; соединения галлия — 3.

Второй элемент определяет подкласс прибора: транзисторы — Т (за исключением транзисторов полевых — П); диоды (выпрямительные, универсальные, импульсные) — Д; выпрямительные столбы и блоки — Ц; диоды сверхвысокочастотные — А; варикапы — В; тиристоры диодные — Н; тиристоры триодные — У; стабилизаторы тока— К; стабилизаторы и стабисторы —- С.

Третий элемент -о бозначения транзисторов, диодов и тиристоров определяет назначение прибора и выражается цифрой. Например: 1 — транзисторы малой мощности с граничной частотой коэффициента передачи тока не более 3 МГц; 2 — транзисторы с граничной частотой коэффициента передачи тока от 3 МГц до 30 МГц; 3 — транзисторы с граничной частотой коэффициента передачи тока более 30 МГц. Транзисторы средней мощности обозначены соответственно цифрами 4, 5. и 6, а транзисторы большой мощности— ци фрами 7, 8 и 9. Диоды выпрямительные малой мощности обозначаются цифрой. 1, средней мощности — 2, диоды универсальные — 4. При обозначении стабилитронов третий элемент определяет индекс мощности,

Четвертый и пятый элементы обозначения определяют порядковый номер разработки технологического типа прибора и обозначаются от 01 до 99.

Шестой элемент обозначения транзистров и диодов определяет деление технологического типа на параметрические группы, а стабилитронов и стабисторов — последовательность разработки — и обозначается буквами русского алфавита от А до Я. Например: ГТ605А —т ранзистор, предназначенный для устройств широкого применения, германиевый, средней мощности, номер разработки 05, группа А; ГД412А —диод полупроводниковый универсальный, предназначенный для устройств широкого применения, германиевый, номер разработки 12, группа А.

Транзисторы, выпускаемые в последнее время, имеют обозначение из букв и четырех цифр или цветной код из четырех точек, например транзисторы серии КТ3107. Первая точка указывает на серию транзистора, вторая —н а группу внутри серии, третья и четвертая — соответственно на месяц и год изготовления. Группа цветового кода обозначает: А — розовый, В — желтый, В — темно-голубой, Г — бежевый, Д —о ранжевый, Е — фиолетовый, Ж — светло-зеленый, И — зеленый, К — красный, Л — серый. Оформлены эти транзисторы в пластмассовом корпусе.

Селеновые выпрямители

Выпускаемые нашей промышленностью селеновые выпрямители предназначены для выпрямления переменного тока частотой до 1000 Гц. В них, как и в полупроводниковых диодах, выпрямление происходит на границе двух слоев! селена (дырочный тип) и сульфида или селенида кадмия (электронны й- тип). Элементы селеновых выпрямителей представляют собой алюминиевые пластинки различных размеров и формы. На поверхность их нанесен слой кристаллического селена и слой из сплава олова и кадмия. Селеновые полупроводниковые выпрямители применяются в радиоприёмниках в качестве выпрямителей питания.

Наибольшее применение получили пакетные выпрямители АВС-80-260 и АВС-120-270, собранные по мостовой схеме. Маркировка их состоит из трех элементов (для малогабаритных добавляется буква М).

Перв-ый элемент — буквы ABC (алюминиевый выпрямитель селеновый);

второй элемент — число, обозначающее среднюю величину выпрямленного тока, мА;

третий.э лемент — число, которое указывает действующее значение подводимого к выпрямителю переменного напряжения, В. Например: АВС-80-260, АВС-1-30М и др.

Полярность выводов выпрямителей маркируется в ы- штампованными значками +,—,

или цветными полосками (точками) следующих цветов: плюс — красный, минус — синий, переменный ток — желтый.

При замене вышедших из строя выпрямителей (разборка их не допускается) необходимо знать, что они рассчитаны на работу с теплоотводом через радиатор. В приемниках радиатор укрепляют непосредственно на металлическое шасси без прокладок.

Что значит «полупроводниковые приборы»

Энциклопедический словарь, 1998 г.

электронные приборы, действие которых основано на электронных процессах в полупроводниках. Служат для генерирования, усиления и преобразования (по роду тока, частоте и т.д.) электрических колебаний (полупроводниковый диод, транзистор, тиристор), преобразования сигналов одного вида в другой (оптрон, фоторезистор, фотодиод, фототранзистор и др.), одних видов энергии в другие (термоэлемент, термоэлектрический генератор, солнечная батарея и др.), а также для преобразования изображений, измерения электрической и механической величины и др. Особый класс полупроводниковых приборов — полупроводниковые интегральные схемы, представляющие собой законченные электронные устройства в виде единого блока (пластинки) из Si, Ge и др., на котором методами полупроводниковой технологии (преимущественно планарной) образованы зоны, выполняющие функции активных и пассивных элементов (диодов, транзисторов, резисторов, конденсаторов и т.д.).

Большая Советская Энциклопедия

электронные приборы , действие которых основано на электронных процессах в полупроводниках. В электронике П. п. служат для преобразования различных сигналов, в энергетике ≈ для непосредственного преобразования одних видов энергии в другие.

Известно много разнообразных способов классификации П. п., например по назначению и принципу действия, по типу материала, конструкции и технологии, по области применения. Однако к основным классам П. п. относят следующие: электропреобразовательные приборы, преобразующие одни электрические величины в др. электрические величины ( полупроводниковый диод , транзистор , тиристор ); оптоэлектронные приборы, преобразующие световые сигналы в электрические и наоборот ( оптрон , фоторезистор , фотодиод , фототранзистор , фототиристор . полупроводниковый лазер , светоизлучающий диод , твердотельный преобразователь изображения ≈ аналог видикона и т.п.); термоэлектрические приборы, преобразующие тепловую энергию в электрическую и наоборот ( термоэлемент , термоэлектрический генератор , солнечная батарея , термистор и т.п.); магнитоэлектрич. приборы (датчик, использующий Холла эффект , и т.п.); пьезоэлектрический и тензометрический приборы, которые реагируют на давление или механическое смещение. К отдельному классу П. п. следует отнести интегральные схемы , которые могут быть электропреобразующими, оптоэлектронными и т.д. либо смешанными, сочетающими самые различные эффекты в одном приборе. Электропреобразовательные П. п. ≈ наиболее широкий класс приборов, предназначенных для преобразования (по роду тока, частоте и т.д.), усиления и генерирования электрических колебаний в диапазоне частот от долей гц до 100 Ггц и более; их рабочие мощности находятся в пределах от

Википедия

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

Каждый электрик должен знать:  Ошибка E1 аэрогриля Supra - что за неисправность

К полупроводниковым приборам относятся:

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

Транслитерация: poluprovodnikovyie priboryi
Задом наперед читается как: ыробирп еывокиндоворпулоп
Полупроводниковые приборы состоит из 24 букв

Применение полупроводниковых приборов

Дисциплина: Коммуникации, связь, цифровые приборы и радиоэлектроника
Вид работы: реферат
Язык: русский
Дата добавления: 14.03.2015
Размер файла: 72 Kb
Просмотров: 9318
Загрузок: 38

Все приложения, графические материалы, формулы, таблицы и рисунки работы на тему: Применение полупроводниковых приборов (предмет: Коммуникации, связь, цифровые приборы и радиоэлектроника) находятся в архиве, который можно скачать с нашего сайта. Приступая к прочтению данного произведения (перемещая полосу прокрутки браузера вниз), Вы соглашаетесь с условиями открытой лицензии Creative Commons «Attribution» («Атрибуция») 4.0 Всемирная (CC BY 4.0) .

Министерство Науки и Образования

Реферат на тему:

Применение полупроводниковых приборов

ученик 10-В класса

Полупроводниковые приборы — различные по конструкции, технологии изготовления и функциональному назначению электронные приборы, основанные на использовании свойств полупроводников. К полупроводниковым приборам относят также полупроводниковые микросхемы, которые представляют собой монолитные законченные функциональные узлы (усилитель, триггер, набор элементов), все компоненты которых изготавливаются в едином технологическом процессе.

Полупроводники — вещества, электронная проводимость которых имеет промежуточное значение между проводимостью проводников и диэлектриков. К полупроводникам относится обширная группа естественных и синтетических веществ различной химической природы, твердых и жидких, с разными механизмами проводимости. Наиболее перспективными полупроводниками в современной технике являются так называемые электронные полупроводники, проводимость которых обусловлена движением электронов. При этом в отличие от металлических проводников концентрация свободных электронов в полупроводниках очень мала и возрастает с повышением температуры, чем объясняется их пониженная проводимость и специфическая зависимость от удельного сопротивления и температуры: если у металлических проводников при нагревании электрическое сопротивление повышается, то у полупроводников оно понижается. Увеличение концентрации свободных электронов с повышением температуры объясняется тем, что с увеличением интенсивности тепловых колебаний атомов полупроводников все большее количество электронов срывается с внешних оболочек этих атомов и получает возможность перемещаться по объему полупроводника. В переносе электричества через полупроводники, помимо свободных электронов могут принимать участие места, освободившиеся от перешедших в свободное состояние электронов — так называемые дырки.

Поэтому и свободные электроны и дырки называют носителями электрического заряда, причём дырке приписывают положительный заряд, равный заряду электрона. В идеальном полупроводнике образование свободных электронов и дырок происходит одновременно, парами, а потому концентрации электронов и дырок одинаковы. ВВЕДЕНИЕ же в полупроводник определенных примесей способно привести к увеличению концентрации носителей одного знака и сильно повысить проводимость. Это происходит при условии, что на внешней оболочке атомов примеси находится на один электрон больше (донорные примеси) или на один электрон меньше (акцепторные примеси), чем у атомов исходного полупроводника. В первом случае примесные атомы (доноры) легко отдают лишний электрон, а во втором (акцепторы)- забирают недостающий электрон от атомов полупроводника, создавая дырку. Для в наибольшей мерераспространённых полупроводников (кремния и германия), являющихся четырёхвалентными химическими элементами, донорами служат пятивалентные вещества (фосфор, мышьяк, сурьма), а акцепторами — трехвалентные (бор, алюминий, индий). В зависимости от преобладающего типа носителей примесные полупроводники делят на полупроводники электронного (п-типа) и дырочного (р-типа).

Зависимость электропроводимости полупроводника от различных внешних воздействий служит основой разнообразных технических приборов. Так, уменьшение сопротивления используется в термисторах, уменьшение сопротивления при освещении- в фоторезисторах. Появление ЭДС при прохождении тока через полупроводник, помещённый в магнитное поле (эффект Холла) применяется для измерения магнитных полей, мощности и т.д. Особенно ценными свойствами обладают неоднородные полупроводники (с изменяющейся от одной части объёма к другой проводимостью), а также контакты разных полупроводников между собой и полупроводников с металлами. Возникающие в таких системах эффекты в наибольшей мереярко проявляются у электронно-дырочных переходов (р-п-переходом). Использование р-п-переходов лежит в основе действия многих полупроводниковых приборов: транзистора, полупроводникового диода, полупроводникового фотоэлемента, термоэлектрического генератора, солнечной батареи.

60-е — 70-е годы составляют эпоху полупроводниковой техники и собственно электроники. Электроника внедряется во все отрасли науки, техники и народного хозяйства. Являясь комплексом наук, электроника тесно связана с радиофизикой, радиолокацией, радионавигацией, радиоастрономией, радиометеорологией, радиоспектроскопией, электронной вычислительной и управляющей техникой, радиоуправлением на расстоянии, телеизмерениями, квантовой радиоэлектроникой.

В этот период продолжалось дальнейшее усовершенствование электровакуумных приборов. Большое внимание уделяется повышению их прочности, надёжности, долговечности. Разрабатывались пальчиковые и сверхминиатюрные лампы, что давало возможность снизить габариты установок, насчитывающих большое количество радиоламп.

Продолжались интенсивные работы в области физики твёрдого тела и теории полупроводников, разрабатывались способы получения монокристаллов полупроводников, методы их очистки и введения примесей. Большой вклад в развитие физики полупроводников внесла советская школа академика А.Ф.Иоффе.

Полупроводниковые приборы быстро и широко распространились за 50-е-70-е годы во все области народного хозяйства. В 1926 г. был предложен полупроводниковый выпрямитель переменного тока из закиси меди. Позднее появились выпрямители из селена и сернистой меди. Бурное развитие радиотехники (особенно радиолокации) в период второй мировой войны дало новый толчок к исследованиям в области полупроводников. Были разработаны точечные выпрямители переменных токов СВЧ на основе кремния и германия, а позднее появились плоскостные германиевые диоды. В 1948 г. американские учёные Бардин и Браттейн создали германиевый точечный триод (транзистор), пригодный для усиления и генерирования электрических колебаний. Позднее был разработан кремниевый точечный триод. В начале 70-х годов точечные транзисторы практически не применялись, а основным типом транзистора являлся плоскостной, впервые изготовленный в 1951 г. К концу 1952 г. были предложены плоскостной высокочастотный тетрод, полевой транзистор и другие типы полупроводниковых приборов. В 1953 г. был разработан дрейфовый транзистор. В эти годы широко разрабатывались и исследовались новые технологические процессы обработки полупроводниковых материалов, способы изготовления p-n- переходов и самих полупроводниковых приборов. В начале 70-х годов, кроме плоскостных и дрейфовых германиевых и кремниевых транзисторов, находили широкое распространение и другие приборы, использующие свойства полупроводниковых материалов: туннельные диоды, управляемые и неуправляемые четырёхслойные переключающие приборы, фотодиоды и фототранзисторы, варикапы, терморезисторы и т.д.

Развитие и совершенствование полупроводниковых приборов характеризуется повышением рабочих частот и увеличением допустимой мощности. Первые транзисторы обладали ограниченными возможностями (предельные рабочие частоты порядка сотни килогерц и мощности рассеяния порядка 100 — 200 МВт) и могли выполнять лишь некоторые функции электронных ламп. Для того же диапазона частот были созданы транзисторы с мощностью в десятки ватт. Позднее были созданы транзисторы, способные работать на частотах до 5 МГц и рассеивать мощность порядка 5 Вт, а уже в 1972 г. были созданы образцы транзисторов на рабочие частоты 20 — 70 МГц с мощностями рассеивания, достигающими 100 Вт и более. Маломощные же транзисторы (до 0,5 — 0,7 Вт) могут работать на частотах свыше 500 МГц. Позже появились транзисторы, работающие на частотах порядка 1000 МГц. Одновременно велись работы по расширению диапазона рабочих температур. Транзисторы, изготовленные на основе германия, имели первоначально рабочие температуры не выше +55 70 С, а на основе кремния — не выше +100 120 С. Созданные позже образцы транзисторов на арсениде галлия оказались работоспособными при температурах до +250 С, и их рабочие частоты в итоге увеличились до 1000 МГц. Есть транзисторы на карбиде, работающие при температурах до 350 С. Транзисторы и полупроводниковые диоды по многим показателям в 70-е годы превосходили электронные лампы и в итоге полностью вытеснили их из областей электроники. В интегральной электронике МДП-структуры широко используются для создания транзисторов и на их основе различных интегральных микросхем.

Перед проектировщиками сложных электронных систем, насчитывающих десятки тысяч активных и пассивных компонентов, стоят задачи уменьшения габаритов, веса, потребляемой мощности и стоимости электронных устройств, улучшения их рабочих характеристик и, что самое главное, достижения высокой надёжности работы. Эти задачи успешно решает микроэлектроника — направление электроники, охватывающее широкий комплекс проблем и методов, связанных с проектированием и изготовлением электронной аппаратуры в микроминиатюрном исполнении за счёт полного или частичного исключения дискретных компонентов.

Основной тенденцией микроминиатюризации является «интеграция» электронных схем, т.е. стремление к одновременному изготовлению большого количества элементов и узлов электронных схем, неразрывно связанных между собой. Поэтому из различных областей микроэлектроники в наибольшей мереэффективной оказалась интегральная микроэлектроника, которая является одним из главных направлений современной электронной техники. Сейчас широко используются сверхбольшие интегральные схемы, на них построено всё современное электронное оборудование, в частности ЭВМ и т.д.

Срок службы полупроводниковых триодов и их экономичность во много раз больше, чем у электронных ламп. За счёт чего транзисторы нашли широкое применение в микроэлектронике — теле-, видео-, аудио-, радиоаппаратуре и, конечно же, в компьютерах. Они заменяют электронные лампы во многих электрических цепях научной, промышленной и бытовой аппаратуры.

Биполярный транзистор — универсальный полупроводниковый усилительный прибор, выполняющий те же функции, что и электронная лампа с управляющей сеткой. По аналогии с лампой, биполярный транзистор называют полупроводниковым триодом. Его действие основано на использовании особых свойств неоднородных полупроводников. Особенность транзистора состоит в том, что между электронно-дырочными переходами существует взаимодействие — ток одного из переходов может управлять током другого.

Помимо усиления электрических колебаний, биполярные транзисторы широко используются как бесконтактные коммутационные устройства, в разнообразных генераторных схемах, для преобразования и детектирования колебаний, причём от соответствующих ламповых устройств схемы с биполярными транзисторами отличаются миниатюрностью, высокой экономичностью питания, большой механической прочностью, мгновенной скоростью к действию, большой долговечностью. Максимальные рабочие частоты самых высокочастотных биполярных транзисторов превышают 10000 МГц, наибольшие мощности — примерно 200-250 Вт. К недостаткам биполярных транзисторов относится существенная температурная зависимость их характеристик.

Основные материалы, из которых изготовляют транзисторы — кремний и германий, перспективные — арсенид галлия, сульфид цинка и широкозонные проводники.

Полевой транзистор — полупроводниковый прибор, в котором ток изменяется в результате действия перпендикулярного току электрического поля, создаваемого сигналом. Полевой транзистор отличается от биполярного тем, что используемый в нём механизм усиления обусловлен носителями заряда только одного знака (электронами или дырками). Полевой транзистор называют также канальным и униполярным транзистором.

Полевые транзисторы имеют ВАХ (вольт-амперные характеристики), подобные ламповым, и обладают всеми принципиальными преимуществами транзисторов. Это позволяет применять их в схемах, в большинстве случаев использовались электронные лампы, например, в усилителях постоянного тока с высокоомным входом, в истоковых повторителях с особо высокоомным входом, в электрометрических усилителях, различных реле времени, RS — генераторах синусоидальных колебаний низких и инфранизких частот, в генераторах пилообразных колебаний, усилителях низкой частоты, работающих от источников с большим внутренним сопротивлением, в активных RC — фильтрах низких частот. Полевые транзисторы с изолированным затвором используют в высокочастотных усилителях, смесителях, ключевых устройствах.

Полевые транзисторы имеют вольт-амперные характеристики, подобные ламповым, и обладают всеми принципиальными преимуществами транзисторов.

Полупроводниковый диод — двухэлектродный полупроводниковый прибор, действие которого основано на использовании свойств электронно-дырочного перехода. Основное свойство полупроводникового диода — односторонняя проводимость, позволяющая применять полупроводниковые диоды в качестве выпрямителей переменного тока. Прообразом современных полупроводниковых диодов был кристаллический детектор, состоящий из кристалла (карборунда, цинкита) и металлической пружинки, острие которой прижималось к поверхности кристалла. Эффект выпрямления у таких детекторов зависел от выбранной точки соприкосновения пружинки с кристаллом и отличался большой неустойчивостью, что требовало периодических поисков «чувствительной» точки. В современных точечных полупроводниковых диодах используются пластинки из кристаллов кремния или германия, а контакт металлической иглы с полупроводником подвергается особой электрической формовке. Эти меры наряду с применением герметической оболочки обеспечивают большую стабильность и долговечность точечных полупроводниковых диодов. Помимо детектирования радиосигналов всех частот вплоть до сотен тысяч МГц, точечные полупроводниковые диоды применяются для преобразования частоты, в измерительной радиоаппаратуре и т.д. и т.п. Наиболее обширную группу полупроводниковых диодов образуют плоскостные диоды, в которых электронно-дырочный переход создается теми же методами, что и в плоскостных транзисторах: вплавлением примесей, путем диффузии примесных веществ в объем исходной пластинки. Полупроводниковые диоды применяются также для многих других целей, в том числе для селекции импульсов определенной полярности, для стабилизации напряжения, в качестве управляемого конденсатора и др. Особыми разновидностями полупроводникового диода являются переключающие диоды с тремя р-п-переходами, двухбазовый диод (применяют главным образом в импульсных пусковых схемах) и туннельный диод, фотодиод и обращенный диод.

Туннельный диод — двухэлектродный диод полупроводниковый прибор, который применяется для усиления и генерирования высокочастотных электрических колебаний и в качестве быстродействующего переключателя в импульсных и электронных логических устройствах. Принцип работы туннельных диодов основан на явлении квантовомеханического туннельного эффекта. Туннельные диоды применяются в широкополосных усилителях, для усиления и генерирования высокочастотных электрических колебаний и в качестве быстродействующего переключателя в импульсных и электронных логических устройствах.

Фотодиод — полупроводниковый фотоэлектрический прибор с внутренним фотоэффектом, отображающим процесс преобразования световой энергии в электрическую. Внутренний фотоэффект заключается в том, что под воздействием энергии светового излучения в области р-п-перехода происходит ионизация атомов основного вещества и смеси, в результате чего генерируются пары носителей заряда — электрон и дырка. Во внешней цепи, присоединенной к р-п-переходу, возникает ток, вызванный движением этих носителей. Промышленность выпускает германиевые и кремниевые фотодиоды. Разновидность фотодиода, используемого для силового преобразования лучистой энергии, — солнечная батарея, которая является важным источником питания в космической технике, но находит применение для питания аппаратуры и в земных условиях.

Полупроводниковый стабилизатор напряжения (стабилитрон) — это кремниевый плоскостной полупроводниковый диод, напряжение на котором сохраняется с определенной точностью при протекании через него тока в заданном диапазоне. Т.е., если стабилитрон рассчитан на прибивное напряжение 4,5в и напряжение до стабилитрона было, предположим, 5в, то после него его значение будет не больше 4,5в. Если напряжение, на которое рассчитан стабилитрон, в несколько раз меньше напряжения на участке до него, то он будет сильно греться, не исключена и его порча (он сгорит). Стабилитроны изготовляются для стабилизации напряжений от 3 до сотен вольт, благодаря чему находят большое применение в радиотехнике для стабилизации напряжения. Во избежание порчи стабилитрона последовательно с ним включается ограничивающий ток резистор.

Варикап — специально сконструированный полупроводниковый диод, применяемый в качестве конденсатора переменной емкости. Значение емкости варикапа определяется емкостью р-п-перехода и изменяется при изменении приложенного к переходу (к диоду) напряжения. С электрической цепи с варикапом, появляются составляющие тока новых частот. Это явление используется в радиотехнике для умножения и деления частоты, для параметрического усиления. Варикап может также использоваться для настройки колебательного контура, для автоматической подстройки частоты и частотной модуляции.

Варистор — полупроводниковый прибор, сопротивление которого изменяется по нелинейному закону при изменении приложенного напряжения. К варисторам относятся большинство полупроводниковых, электронных и ионных приборов. Чаще всего варисторы применяются для защиты элементов электрических схем от перенапряжений и контактов реле от разрушения, а также в стабилизаторах амплитуды в качестве элементов, снижающих нелинейные искажения, в схемах преобразования частоты.

Оптрон — полупроводниковый прибор, содержащий источник и приёмник светового излучения, которые оптически и конструктивно связаны между собой. Элементами оптрона являются источник света и фотоприёмник, но существуют оптроны, состоящие из большого количества электросветовых и фотоэлектрических преобразователей. Оптрон представляет собой сочетание в одном корпусе электросветового преобразователя (лампочки накаливания, светодиода) с фотоэлектрическим (фоторезистором, фотодиодом). Такой оптрон позволяет, например, при полной электрической изоляции двух цепей осуществлять управление током в одной цепи путем изменения тока в другой (дистанционное включение, регулирование громкости, АРУ и т.п.). Наряду с элементарным оптроном создаются сложные конструкции, включающие в себя большое число электросветовых и фотоэлектрических преобразователей. Такие оптроны аналогичны интегральным микросхемам. Они позволяют выполнять логическую обработку большого числа сигналов, воспроизводить сложные функции усиления, генерации и преобразования электрических сигналов.

Тиристор — электропреобразовательный полупроводниковый прибор, содержащий три или более р-п-перехода. По числу внешних электродов тиристоры делятся на: двухэлектродные — динисторы и трехэлектродные — тринисторы. Те и другие представляют собой четырёхслойную структуру полупроводника с разного вида проводимостями. Крайние слои являются анодом и катодом, а третий электрод у тринисторов служит управляющим электродом. Поэтому динисторы являются переключающими диодами, а тринисторы — управляемыми. Если такой прибор включить в цепь переменного тока, то он открывается, пропуская ток в нагрузку лишь тогда, когда мгновенное значение напряжения достигает определенного уровня, либо при подаче отпирающего напряжения на специальный управляющий электрод. Маломощные тиристоры находят применение в импульсной технике. Выпускаются мощные тиристоры для применения в устройствах управления электроприводом и в мощных выпрямителях.

Фототиристор отличается от обычного тем, что в его корпусе имеется окно для облучения структуры световым потоком. Поэтому Фототиристор можно отпирать как воздействием светового потока, так и подачей на управляющий электрод электрического импульса управления. Уровень излучения, необходимый для запуска фототиристора, зависит от температуры и анодного напряжения. Для точного запуска фототиристора используют излучения лазеров и светодиодов. Применяются фототиристоры в тех областях, где необходима электрическая изоляция между управляющим сигналом силовой цепью.

Терморезистор — полупроводниковый прибор, электрическое сопротивление которого изменяется при изменении температуры. Основой терморезисторов являются поликристаллические полупроводниковые материалы с электронной проводимостью — окислы так называемых переходных металлов (от титана до цинка), а также сульфиды, карбиды и нитриды некоторых металлов.

Используются терморезисторы в качестве датчиков устройств противопожарной сигнализации, тепловой защиты, для стабилизации токов и температурной компенсации в транзисторной аппаратуре.

Полупроводниковый светодиод — это излучающий полупроводниковый прибор с одним или несколькими электрическими переходами, предназначенный для непосредственного преобразования электрической энергии в энергию некогерентного светового излучения. Конструкцией светодиода предусмотрена возможность вывода светового излучения из области перехода сквозь прозрачное стекло в корпусе.

Светодиоды используются как световые индикаторы, источники излучения в оптоэлектронных парах, при работе с кино- и фототехникой, в устройствах автоматики, вычислительной и измерительной технике.

Условные обозначения полупроводниковых приборов:

1). Виноградов Ю.В. «Основы электронной и полупроводниковой техники». Изд. 2-е, доп. М., «Энергия», 1972 г.

2). Журнал «Радио», номер 12, 1978 г.

3). Терещук Р.М. Полупроводниковые приемно-усилительные устройства: Справочник радиолюбителя / 4-е издание, стер. — Киев: Наук. Думка 1989.

4). Бочаров Л.Н. Полевые транзисторы. — М.: Радио и связь, 1984.

5). Полупроводниковые приборы: транзисторы: Справочник / Н.Н.Горюнова. М.; Энергоатомиздат, 1985.

6). Справочник » Полупроводниковые приборы: диоды, тиристоры, оптоэлектронные приборы»; М.: Энергоатомиздат, 1987г.

Доклад: Полупроводниковые приборы

Техникаполупроводниковых приборов стала самостоятельной областью электроники. Заменаэлектронных ламп полупроводниковыми приборами успешно осуществлена во многихрадиотехнических устройствах.

На всем протяженииразвития радиотехники широко применялись кристаллические детекторы,представляющие собой полупроводниковые выпрямители для токов высокой частоты.Для выпрямления постоянного тока электрической сети используют купроксные иселеновые полупроводниковые выпрямители. Однако они непригодны для высокихчастот.

Ещё в 1922 г. сотрудникНижегородской радио лаборатории О.В. Лосев получил генерирование электрическихколебаний с помощью кристиллического детектора и сконструировал приёмник “Кристадин”, вкотором за счет генерации собственных колебаний получалось усиление принимаемыхсигналов. Он имел значительно большую чувствительность, нежели обычныеприемники с кристаллическими детекторами. Открытие Лосева, к сожалению, неполучило должного развития в последующие годы. Полупроводниковые триоды,получившие названия транзисторов, предложили в 1948 г. американские ученыеБардин, Браттейн и Шокли.

По сравнению сэлектронными лампами у полупроводниковых приборов имеются существенныедостоинства:

1. Малый вес и малые размеры.

2. Отсутствие затраты энергии нанакал.

3. Большой срок службы (до десятковтысяч часов).

4. Большая механическая прочность(стойкость к тряске, ударам и другим видам механических перегрузок).

5. Различные устройства (выпрямители,усилители, генераторы) с полупроводниковыми приборами имеют высокий КПД, таккак потери энергии в самих приборах незначительны.

6. Маломощные устройства странзисторами могут работать при очень низких питающих напряжениях.

Вместе с тем полупроводниковые приборы в настоящее время обладают следующими недостатками:

Каждый электрик должен знать:  Правила техники безопасности при установке и замене электросчетчиков

1. Параметры и характеристикиотдельных экземпляров приборов данного типа имеют значительный разброс.

2. Свойства приборов сильно зависятот температуры.

3. Работа полупроводниковых прибороврезко ухудшается под действием радиоактивного излучения.

Транзисторы могутработать почти во всех устройствах, в которых применяются вакуумные лампы. Внастоящее время транзисторы успешно применяются в усилителях, приёмниках,передатчиках, генераторах, измерительных приборах, импульсных схемах и вомногих других устройствах.

Полупроводники представляютсобой вещества, которые по своей удельной электрической проводимости занимаютсреднее место между проводниками и диэлектриками. В современныхполупроводниковых приборах широко используется такие полупроводники, какгерманий, кремний, селен, арсенид галлия и др.

Для полупроводниковхарактерен отрицательный температурный коэффициент электрическогосопротивления. При возрастании температуры сопротивление полупроводниковуменьшается, а не увеличивается, как у большинства твердых проводников. Крометого, электрическое сопротивление полупроводников сильно зависит от количествапримесей в полупроводников сильно зависит о таких внешних воздействий, каксвет, электрическое поле, ионизирующее излучение и др.

Принципы работыполупроводниковых диодов и транзисторов связаны с тем, что в полупроводникахсуществует электропроводность двух видов. Так же, как и металлы, полупроводникиобладают электронной электропроводностью, которая обусловленаперемещением электронов проводимости. При обычных рабочих температурах вполупроводниках всегда имеется электроны проводимости, которые очень слабосвязаны с ядрами атомов и совершают беспорядочное тепловой движение междуатомами кристаллической решетки. Эти электроны под действием разностипотенциалов могут получить дополнительное движение в определенном направлении,которое и является электрическим током. Полупроводники обладают также дырочнойэлектропроводимостью, которая не наблюдается в металлах. Отсутствие электрона ватоме полупроводника, т.е. наличие в атоме положительного заряда, назвали дыркой.Этим подчеркивают, что в атоме не хватает одного электрона, т.е. образовывалосьсвободное место. Дырки ведут как элементарные положительные заряды.

Область на границе двухполупроводников с различными типами электропроводности называетсяэлектронно-дырочным или р-n переходом. Электронно-дырочный переход обладаетсвойством несимметричной проводимости, т.е. представляет собой нелинейноесопротивление. Работа почти всех полупроводниковых приборов, применимых в радиоэлектронике,основана на использовании свойств одного или нескольких p-nпереходов.

/>

/>
Пусть внешнее напряжение отсутствует (рис.1).Так как носители заряда в каждом полупроводнике совершают беспорядочноетепловое движение, т.е. имеют некоторые тепловые скорости, то и происходит ихдиффузия (проникновение) из одного полупроводника в другой. Как и в любомдругом случае диффузии, на пример наблюдающейся в газах и жидкостях, носителиперемещаются оттуда, где их концентрация велика, туда, где их концентрациямала. Таким образом, из полупроводника n-типа вполупроводник p-типа диффундируют электроны, а в обратном направлениииз полупроводника p-типа в полупроводник n-типадиффундируют дырки. Это диффузионное перемещение носителей показано на рисунке1 сплошными стрелками. В результате диффузии носителей по обе стороны границыраздела двух проводников с различным типом электропроводности создаютсяобъемные заряды различных знаков. В области n возникаетположительный объемный заряд. Он образован положительно заряженными атомамидонорной примеси и прошедшими в эту область дырками. Подобно этому в области pвозникает отрицательный объемный заряд, образованный отрицательно заряженнымиатомами акцепторной примеси и пришедшими сюда электронами. На рисунке1 дляупрощения носители и атомы примесей показаны только в области перехода.

Между образовавшимисяобъемными зарядами возникают так называемая контактная разность потенциалов U= и электрическое поле. Направление векторанапряженности этого поля Е показано на рисунке1.Перемещение неосновныхносителей зарядов под действие поля, называемое дрейфом носителей. Каждуюсекунду через границу в противоположных направления диффундирует определенноеколичество электронов и дырок, а под действием поля такое же их количестводрейфует в обратном направлении.

Перемещение носителейза счет диффузии называют диффузным током, а движение носителей под действиемполя представляет собой ток проводимости. В установившемся режиме, т.е. придинамическом равновесии перехода, эти токи противоположны по направлению.Поэтому полный ток через переход равен нулю, что и должно быть при отсутствиивнешнего напряжения.

Электронно-дырочный переход представляет собойполупроводниковый диод.

Нелинейные свойства диодавидны при рассмотрении его вольтамперной характеристики. Пример такойхарактеристики для диода небольшое мощности дан на рис.2. Она показывает чтопрямой ток в десятки миллиампер получается при прямом напряжении порядкадесятых долей вольта. Поэтому прямое сопротивление имеет величину не вышедесятков ом. Для более мощных диодов прямой ток составляет сотни

миллиампер и больше притаком же малом напряжении, а R соответственно снижается до единиц ом и меньше.

Участок характеристикидля обратного тока, малого по сравнению с прямым током, обычно показывают вдругом масштабе, что и сделано на рисунке выше. Обратный ток при обратномнапряжении до сотен вольт у диодов небольшой мощности составляет лишь единицыили десятки микроампер. Это соответствует обратному сопротивлению до сотенкилоом и больше.

Полупроводниковые диодыподразделяются по многим признакам. Прежде всего следует различать точечные,плоскостные и поликристаллические диоды. У точечных диодов линейные размеры,определяющие площадь p-n перехода, такого же порядка как толщина перехода, илименьше ее. У плоскостных диодов эти размеры значительно больше толщиныперехода.

Точечные диоды имеютмалую емкость p-n перехода и поэтому применяются на любых частотахвплоть до СВЧ. Но они могут пропускать токи не более единиц или несколькихдесятков миллиампер. Плоскостные диоды в зависимости от площади переходаобладают емкостью в десятки пикофарад и более. Поэтому их применяют на частотахне более десятков килогерц. Допустимый ток в плоскостных диодах бывает отдесятков миллиампер до сотен ампер и больше.

Основой точечных иплоскостных диодов являются пластинки полупроводника, вырезанные измонокристалла, имеющего во всем своем объеме правильное кристаллическоестроение. В качестве полупроводниковых веществ для точечных и плоскостныхдиодов применяют чаще всего германий и кремний, а в последнее время также иарсенид галлия и карбид кремния.

Поликристаллическиедиоды имеют p-n переход, образованный полупроводниковыми слоями, состоящимииз большого количества кристаллов малого размера, различно ориентированных друготносительно друга и поэтому не представляющих собой единого монокристалла. Этидиоды бывают селеновыми, меднозакисные (купроксные) и титановые.

Принцип устройства точечногодиода показан на рисунке 3(а). В нем тонкая заостренная проволочка(игла) снанесенной на нее примесью приваривается при помощи импульса тока к пластинкеполупроводника с определенным типом электоропроводности. При этом из иглы восновной полупроводник диффундируют примеси которые создают в нем область сдругим типом проводимости. Это процесс наз. формовкой диода. Таким образом,около иглы получается мини p-nпереход полусферической формы.Следовательно, принципиальной разницы между точечными и плоскостными диодаминет. В последнее время появились еще так называемые микро плоскостные или

микросплавные диоды,которые имеют несколько больший по плоскости p-n переход, чемточечные диоды(б).

Плоскостные диодыизготавливаются, главным образом, методами сплавления диффузии. Для примера нарисунке 4.а) показан принцип устройства сплавного германиевого диода. Впластинку германия n-типа вплавляют при температуре около 500 градусовкаплю индия, которая сплавляясь с германием, образует слой германия p-типа.

Область сэлектропроводностью p-типа имеет более высокую концентрацию примеси, нежлиосновная пластинка сравнительно высокоомного германия, и поэтому являетсяэмитером. К основной пластинке германия и к индию припаиваются выводныепроволочки, обычно из никеля. Если за исходный материал взят высокоомныйгерманий p-типа, то в него вплавляют сурьму и тогда получаетсяэмитерная область n-типа.

Следует отметить, чтосплавным методом получают так называемые резкие или ступенчатые p-nпереходы, в которых толщина области изменения концентраци примесей значительноменьше толщины области объёмных зарядов, существующих в переходе.

По назначениюполупроводниковые диоды подразделяются на выпрямительные диоды малой, средней ибольшой мощности, импульсные диоды и полупроводниковые стабилитроны.

Выпрямительныедиоды малой мощности. К нимотносятся диоды, поставляемые промышленностью на прямой ток до 300мА.Справочным параметром выпрямительных диодов малой мощности является допустимыйвыпрямительный ток(допустимой среднее значение прямого тока), который определяетв заданном диапазоне температур допустимое среднее за период значение длительнопротекающих через диод импульсов прямого тока синусоидальной формы при паузах в180 (полупериод) и частоте 50 Гц. Максимальное обратное напряжения этих диодовлежит в диапазоне от десятков до 1200В.

Выпрямительные диодысредней мощности. К этому типуотносятся диоды, допустимое среднее значение прямого тока которых лежит впределах 300мА-10мА. Большой прямой ток этих по сравнению с маломощными диодамидостигается увеличением размеров кристалла, в частности рабочей площади p-nперехода. Диоды средней мощности выпускаются преимущественно кремниевыми. Всвязи с этим обратный ток этих диодов при сравнительно большой плоскости p-nперехода достаточно мал(несколько десятков микроампер). Теплота, выделяемая вкристалле от протекания прямого и обратного токов в диодах средней мощности,уже не может быть рассеяна корпусом прибора.

Мощные (силовые)диоды. К данному типа относятсядиоды на токи от 10А и выше. Промышленность выпускает силовые диоды на токи10,16,25,40 и т.д. и обратные напряжения до3500 В. Силовые диоды имеют градациюпо частоте охватывают частотный диапазон до десятков килогерц.

Мощные диоды изготовляютпреимущественно из кремния. Кремниевая пластинка с p-n переходом,создаваемым диффузным методом, для таких диодов представляет собой дискдиаметром 10-100мм и толщиной 0,3-0,6 мм.

Транзистор, илиполупроводниковый триод, являясь управляемым элементом, нашел широкоеприменение в схемах усиления, а также в импульсных схемах. Отсутствие накала,малые габариты и стоимость, высокая надежность- таковы преимущества, благодарякоторым транзистор вытеснил из большинства областей техники электронный лампы.

Биполярный транзисторпредставляет собой трехслойную полупроводниковую структуру с чередующимисятипом электропроводности слоев и содержит два p-n перехода. Взависимости от чередования слоев существуют транзисторы типов p-n-p и n-p-n(рисунок 5). Их условное обозначение на электронных схемах показано на том жерисунки. В качестве исходного материала для получения трехслойной структурыиспользуют германий и кремний.

Трехслойная транзисторнаяструктура создается по сплавной или диффузионной технологии, по которойвыполняется и двухслойная структура проводниковых диодов. Трехслойнаятранзисторная структура типа p-n-p, выполненная посплавной технологии Пластина полупроводника n-типа являетсяоснованием, базой конструкции. Два наружных p-слоя создаютсяв результате диффузии в них акцепторной примеси при сплавлении ссоответствующим материалом. Один из слоев называется эмитерным, а другой- коллекторным. Так же называются и p-n-переходы создаваемые этими слоями со слоем базы, атакже внешние выводы от этих слоев.

Функция эмиттерногоперехода – инжектирование (эмитирование) носителей заряда в базу, функцияколлекторного перехода – сбор носителей заряда, прошедших через базовый слой. Чтобыносители заряда, инжектируемые эмиттером и проходящий через базу, полнеесобирались коллектором, площадь коллекторного перехода.

/>

/>
В транзисторах типа n-p-n функции всех трех слоев и их названия аналогичны,изменяется лишь тип носителей заряда, проходящий через базу: вприборах типа p-n-p –/>

/>
это дырки, в приборах типа n-p-n –этоэлектроны

Полупроводниковая структуратранзистора типов p-n-p и n-p-n

/> /> /> /> /> />

/> />
Существуют три способа включения транзистора: собщей базой (ОБ), с общим эмиттером (ОЭ), и общим коллектором (ОК). Различие вспособах включения зависит от того, какой из выводов транзистора является общимдля входной и выходной цепей. В схеме ОБ общей точкой входной и выходной цепейявляется база, в схеме ОЭ- эмиттер, в схеме ОК – коллектор.

В силу того, чтостатические характеристики транзистора в схемах ОЭ или ОК примерно одинаковы,рассматриваются характеристики только для двух способов включения: ОБили ОЭ.

Представлениетранзистора схемой замещения (эквивалентной схемой) необходимо для проведения расчетовцепей с транзисторами. Особый интерес представляет схема замещения в физическихпараметрах, в которых все ее элементы связаны с внутренними (физическими)параметрами транзистора. Использование такой схемы замещения создает удобство инаглядность при анализе влияния параметров прибора на показатели схем с транзисторами.

Ниже рассматриваютсясхемы замещения транзисторов ОБ и ОЭ для переменных составляющих токов инапряжений применительно к расчету схем с транзисторами, работающими вусилительном режиме, в частности усилительных каскадов. Такие схемы замещениясправедливы для линейных участков входных и выходных характеристик транзистора,при которых параметры транзистора можно считать неизменными. В этом случаеиспользуют так называемые дифференциальные параметры транзистора, относящиеся кнебольшим приращениям напряжения и тока. Наиболее точно структуру транзисторапри этом отображает Т-образная схема замещения.

Т-образная схемазамещения транзистора ОБ показана на рисунке ниже, По аналогии со структуройтранзистора она представляет собой сочетание двух контуров:левого, относящегося к входной цепи (эмиттер -база), и правого, относящегося квыходной цепи (коллектор -база). Общим для обоих контуров является цепью базы ссопротивлением r.

1. И. П. Жеребцов “Основы электроники”

2. Ю.С. Забродин “Промышленнаяэлектроника”

3. И.М. Викулин “Физикаполупроводниковых приборов”

Оптоэлектронные полупроводниковые приборы

Оптоэлектроника представляет собой раздел науки и техники, в котором изучаются вопросы приёма, передачи, обработки, запоминания и хранения информации на основе совместного использования электрических и оптических методов.

Оптоэлектроника возникла как этап развития радиоэлектроники и вычислительной техники, тенденцией которых является непрерывное усложнение систем при возрастании их информационных и технико-экономических показателей (увеличение надёжности, быстродействия, уменьшение размеров и веса).

В современной электронике используются преимущественно электронные явления в твёрдых телах (главным образом в полупроводниках) и приборы, основанные на этих явлениях – полупроводниковые приборы.

Электронные явления отличаются большой чувствительностью к управляющему сигналу, функциональной гибкостью, высоким быстродействием и универсальностью. Казалось, что нет таких технических задач, которые нельзя было бы решить с помощью электроники.

Однако по мере развития полупроводниковой электроники выяснились серьёзные ограничения применения электронных явлений и систем на их основе. В частности, электронные системы обладают низкой помехоустойчивостью вследствие сильного взаимного влияния элементов (при непременно возрастающей плотности монтажа), а следовательно низкой надёжностью.

Помехи доставляют много неприятностей также конструкторам систем управления и автоматизации в промышленности, требуя применения чрезвычайно надёжного экранирования электронной аппаратуры и соединительных линий, по которым идут сигналы связи и управления.

Особенно остро проблема гальванической развязки элементов стояла в системах, имеющих значительный перепад мощностей от элемента к элементу.

Современное развитие техники интегральных систем не решило и не могло окончательно решить проблему полной микроминиатюризации электронной аппаратуры.

Решение подобного рода проблем стали искать в оптоэлектронике, изучающую как оптические, так и электронные явления в веществах, их взаимные связи и преобразования, а также приборы, схемы и системы, созданные на основе этих явлений. Идея использования света для обработки и передачи информации уже давно реализована: большая группа фотоприёмников (фотоэлементов, фотоэлектронных умножителей, фоторезисторов, фотодиодов, фототранзисторов и пр.) служит для преобразования световых сигналов в электрические. Существуют также и преобразователи последовательности электрических сигналов в видимое изображение. Вся же обработка информации в электрических трактах радиоэлектронных устройств осуществляласьвакуумными или полупроводниковыми приборами.

Идея использования света для обработки и передачи информации уже давно реализована: большая группа фотоприёмников (фотоэлементов, фотоэлектронных умножителей, фоторезисторов, фотодиодов, фототранзисторов и пр.) служит для преобразования световых сигналов в электрические. Существуют также и преобразователи по Оптоэлектроника отличается от вакуумной и полупроводниковой электроники наличием в цепи сигнала оптического звена или оптической (фотонной) связи. Достоинства оптоэлектроники определяются в первую очередь преимуществами оптической связи по сравнению с электрической, а также теми возможностями которые открываются в результате использования разнообразных физических явлений, обусловленных взаимодействием световых полей с твёрдым телом.

Из-за электрической нейтральности фотонов в оптическом канале связи не возбуждаются электрические и магнитные поля, сопутствующие протеканию электрического тока. Иными словами, фотоны не создают перекрестных помех в линиях связи и обеспечивают полную электрическую развязку между передатчиком и приёмником, что принципиально недостижимо в цепях с электрической связью. Передача информации с помощью светового луча не сопровождается накоплением и рассеиванием электромагнитной энергии в линии. Отсюда — отсутствие существенного запаздывания сигнала в канале связи, высокое быстродействие и минимальный уровень искажения передаваемой информации, переносимой сигналом.
Высокая частота оптических колебаний (10 14 —10 15 гц) обусловливает большой объём передаваемой информации и быстродействие. Соответствующая оптической частоте малая длина волны (до 10 –4 —10 –5 см) открывает пути для микроминиатюризации передающих и приёмных устройств оптоэлектроники, а также линии связи. Минимальные поперечные размеры светового луча — порядка длины волны. Информационная ёмкость такого канала вследствие его большой широкополосности чрезвычайно высока.
Элементную базу современной оптоэлектроники составляют оптоэлектронные приборы (в основном полупроводниковые).

Оптоэлектронный прибор – это прибор, использующий для своей работы электромагнитное излучение оптического диапазона.

В целом элементная база (современной оптоэлектроники) достаточно разнообразна и включает в себя следующие основные группы приборов:

· оптоизлучатели: лазеры и светоизлучающие диоды.

· фотоэлектрические приёмники излучения (фотоприёмники): фоторезисторы и фотоприёмники с p-n переходом.

· приборы, управляющие излучением.

· приборы для отображения информации – индикаторы, индикаторные панели.

· приборы для электрической изоляции – оптроны.

· оптические каналы связи и оптические запоминающие устройства: волоконно-оптические световоды, запоминающие среды.

ФОТОПРИемники

Фотоприемники – это полупроводниковые приборы, которые управляются оптическими излучениями.

Работа различных полупроводниковых приёмников оптического излучения основана на использовании внутреннего фотоэффекта, который состоит в том, что под действием излучения в полупроводниках происходит генерация пар носителей заряда – электронов и дырок. Эти дополнительные носители увеличивают электрическую проводимость полупроводника. Такая дополнительная проводимость, обусловленная действием оптического излучения, получила название фотопроводимости.

В полупроводниках используются две формы фотоэффекта:

Фотогальванический эффект возникает в полупроводниках с внутренним потенциальным барьером (в частности с p-n переходом).

Эффект фотопроводимости состоит только в создании фотоносителей; результатом изменения концентрации носителей в полупроводнике является увеличение проводимости полупроводника.

Оба эффекта используются в практике конструирования фотоприёмников: фотогальванический эффект – в фотодиодах, фототранзисторах и фототиристорах, эффект фотопроводимости – в фоторезисторах.

Рассмотрим процесс образования фотоносителей в полупроводнике. Энергия фотонов может быть передана электронам валентной зоны с переводом этих электронов в зону проводимости, то есть энергия фотонов идёт на ионизацию атомов полупроводника. Этот процесс называется эффектом собственной проводимости. Возможно примесное поглощение, при котором энергия фотонов излучения идёт на ионизацию или возбуждение примесных атомов. Концентрация примесных атомов мала, и они в основном ионизированы уже при относительно низких температурах. В результате собственная фотопроводимость существенно выше примесной и основная доля фотоносителей – это собственные фотоносители.

ФОТОРЕЗИСТОР

Приёмники, в которых используется явление изменения электрической проводимости вещества под действием падающего света, называются фоторезисторами. Они изготавливаются из беспримесных и примесных полупроводников и работают в различных областях спектра – от рентгеновской и ультразвуковой до инфракрасной. Устройство фоторезистора показано на рис.1.1, а. На диэлектрическую пластину 1 нанесён тонкий слой полупроводника 2 с контактами 3 на концах. Схема включения фоторезистора показана на рис. 1.1. б. Здесь Rн – нагрузочное сопротивление, Uвых – снимаемое с него напряжение, U – напряжение источника питания.

Рис. 1.1. Устройство (а) и схема включения (б) фоторезистора

Фоторезисторы могут иметь в качестве чувствительного элемента монокристалл полупроводника, пленку полупроводника на диэлектрике или таблетку прессованного порошкового материала. Последний способ применяют, например, при изготовлении промышленных фоторезисторов из сульфида или селенида кадмия. Фоторезисторы на основе селенида кадмия (типа ФСД) имеют темновое сопротивление

10 6 Ом, максимум спектральной характеристики в области 0,7 мкм, работают при напряжении 20 В.

Фоторезистор обладает начальной проводимостью σ, которую называют темновой:

где q – заряд электрона; n, p – концентрация подвижных носителей заряда в полупроводнике в равновесном состоянии; μn, μp – подвижность электронов и дырок соответственно.

Под действием света в полупроводнике генерируются избыточные подвижные носители заряда, концентрация которых увеличивается на величину ∆n и ∆p, а проводимость полупроводника изменяется на величину σф = q(∆nμn + ∆pμp), называемую фотопроводимостью. При изменении яркости освещения изменяется фотопроводимость полупроводника. Увеличение фотопроводимости полупроводника при освещении фоторезистора приводит к возрастанию тока в цепи. Разность токов при наличии и отсутствии освещения называют световым током или фототоком.

Основными характеристиками фоторезистора являются:

Световая характеристика-зависимость тока от светового потока при постоянном напряжении (рис. 1.2)

I = f(Ф) при U = const

Световые характеристики фоторезистора нелинейны.

Для большинства приборов эта характеристика может быть представлена в виде:

где Iт = U/Rт – тепловой ток, зависящий от напряжения; Rт, – темновое или собственное сопротивление прибора; b и n – постоянные коэффициенты зависящие от типа фоторезистора (для большинства типов n»0,5).

Рис. 1.2 Световая характеристика фоторезистора.

Нелинейность световой характеристики объясняется следующим образом. С увеличение светового потока увеличивается избыточная концентрация электронов и дырок, а следовательно и вероятность рекомбинации, а это приводит к сокращению среднего времени жизни носителей в полупроводнике. Второй причиной, приводящей к сублинейности световой характеристики фоторезистора, является уменьшение подвижности носителей зарядов при увеличении освещённости.

В результате концентрация электронов и дырок, а следовательно и проводимость возрастает непрямопропорционально световому потоку, что является существенным недостатком фоторезистора.

ВАХ фоторезистора представляет собой зависимость тока от приложенного напряжения при постоянном световом потоке (рис. 1.3)

I = f(U) при Ф = const

Рис. 1.3 ВАХ фоторезистора.

ВАХ сохраняют линейность в очень широких приделах; линейность нарушается только при больших напряжениях. Наклон нулевой характеристики (Ф = 0) определяется темновым сопротивлением.

Спектральная характеристика фоторезистора – это зависимость фототока от длины волны падающего на фоторезистор света

Область спектральной чувствительности фоторезистора определяется материалом, из которого он изготовлен. Так, например, сернистый свинец чувствителен к инфракрасным лучам, а сернистый кадмий – к видимым.

Каждый электрик должен знать:  Запах горелых проводов из розетки - опасно ли это

Параметры фоторезистора:

Основными параметрами фоторезистора являются интегральная и спектральная чувствительность. Интегральная чувствительность это отношение фототока к световому потоку сложного спектрального состава (белый свет), падающему на фоторезистор при номинальном значении напряжения .

Интегральная чувствительность фоторезистора зависит от температуры. С увеличением температуры Кф резко снижается, так как увеличивается равновесная концентрация носителей заряда и вероятность рекомбинации избыточных носителей заряда, возникающая при освещении, что приводит к уменьшению фототока.

С увеличением температуры увеличивается темновой ток. Так как фототок определяется не только световым потоком, но и приложенным напряжением, то вводят понятие удельной чувствительности, относя интегральную чувствительность к единице напряжения:

Спектральная чувствительность определяется значением фототока при освещении фоторезистора единицей светового потока определенной длины волны.

Темновое сопротивление — сопротивление фоторезистора при отсутст­вии освещения.Температурный коэффициент фототока коэффициент, показывающий изменение фототока при изменении температуры и постоянном световом потоке.

К максимально допустимым параметрам фоторезистора относятся:

· Umax – максимальное рабочее напряжение, которое может быть приложено к фоторезистору без повреждения светочувствительного слоя.

· Pmax – допустимая мощность рассеяния, при которой не происходит тепловое повреждение фоторезистора.

Фоторезисторы обладают большей, чем другие фотоприёмники, инерционностью. Это обстоятельство и температурная зависимость параметров резисторов ограничивают их использование.

ФОТОдиод

Фотодиод (ФД) – это фотоприбор, принцип действия которого основан на фотогальваническом эффекте и чувствительный элемент которого содержит структуру полупроводникового диода (Рис. 1.4.). Основными материалами для фотодиодов являются германий и кремний. Кремниевые фотодиоды обычно чувствительны в узкой области спектра (от l= 0,6 — 0,8 мкм до l = 1,1 мкм) с максимумом при l = 0,85 мкм, а германиевые фотодиоды имеют границы чувствительности l = 0,4 — 1,8 мкм с максимумом при. l = 1,5 мкм. В фотодиодном режиме при напряжении питания 20 В темновой ток кремниевых фотодиодов обычно не превышает 3 мкА, в то время как у германиевых фотодиодов при напряжении питания 10В он достигает 15—20 мкА. Освещаемая область обычно слабо легирована и имеет большое время жизни носителей.

Рис. 1.4. Устройство фотодиода

Пусть излучение воздействует в направлении перпендикулярном плоскости p-n-перехода. В результате поглощения фотонов с энергией большей, чем ширина запрещённой зоны, в n-базе возникают электронно-дырочные пары (фотоносители). Фотоносители диффундируют вглубь n-области. Ширина n-области меньше диффузионной длины носителей, поэтому основная доля фотоносителей не успевает рекомбинировать в n-области и доходит до границы p-n-перехода. Электроны и дырки разделяются электрическим полем перехода. При этом дырки переносятся полем в p-область, а электроны не могут преодолеть потенциальный барьер перехода и скапливаются у границы в n-области. Таким образом ток фотоносителей через p-n-переход обусловлен дрейфом неосновных носителей – дырок и называется фототоком.

Дырки заряжают p-область положительно, а электроны n-область отрицательно. Возникшая разность потенциалов называется фото-ЭДС Еф. Фото-ЭДС снижает внутренний потенциальный барьер (аналогично приложению прямого напряжения в обычном диоде). Важно подчеркнуть, что в фотодиоде равновесие под действием излучения нарушается в «пользу» дрейфовой составляющей тока через p-n-переход, т.е. для эффективного управления током с помощью излучения диффузионную составляющую в фотодиоде необходимо подавлять. В фотодиоде она – паразитная составляющая тока через p-n-переход.

Накопление фотоносителей, в соответствующих областях имеет ограничение: одновременно с накоплением дырок в p-области и электронов в n-области происходит понижение потенциального барьера Ео на значение, возникшей фото-ЭДС Еф. Очевидно, что Еф должно быть меньше Ео, так как разделение фотоносителей возможно только при наличии потенциального барьера. Уменьшение высоты потенциального барьера и соответственно напряженности электрического поля в p-n-переходе ухудшает разделительные свойства p-n-перехода.

Для получения высокой чувствительности к излучению необходимо, чтобы в фотодиоде диффузионная составляющая тока была минимальная. Поэтому фотодиод работает или вообще без внешнего напряжения (фотогальванический, генераторный, вентильный режим) или при обратном внешнем напряжении (фотодиодный, фотопреобразовательный режим).

Дата добавления: 2020-05-28 ; просмотров: 2529 ; ЗАКАЗАТЬ НАПИСАНИЕ РАБОТЫ

Приборы полупроводниковые. Термины и определения

ГОСТ 15133-77 (СТ СЭВ 2767-80)

Физические элементы полупроводниковых приборов

Явления в полупроводниковых приборах

Виды полупроводниковых приборов

Фотодиод – ГОСТ 21934-83

Примечание. Излучатель и приемник излучения могут иметь схемы электронного обрамления.

Элементы конструкции

НОВОСТИ ФОРУМА
Рыцари теории эфира
01.10.2020 — 05:20: ВОСПИТАНИЕ, ПРОСВЕЩЕНИЕ, ОБРАЗОВАНИЕ — Upbringing, Inlightening, Education ->
[center][Youtube]69vJGqDENq4[/Youtube][/center]
[center]14:36[/center]
Osievskii Global News
29 сент. Отправлено 05:20, 01.10.2020 г.’ target=_top>Просвещение от Вячеслава Осиевского — Карим_Хайдаров.
30.09.2020 — 12:51: ВОСПИТАНИЕ, ПРОСВЕЩЕНИЕ, ОБРАЗОВАНИЕ — Upbringing, Inlightening, Education ->
[center][Ok]376309070[/Ok][/center]
[center]11:03[/center] Отправлено 12:51, 30.09.2020 г.’ target=_top>Просвещение от Дэйвида Дюка — Карим_Хайдаров.
30.09.2020 — 11:53: ВОСПИТАНИЕ, ПРОСВЕЩЕНИЕ, ОБРАЗОВАНИЕ — Upbringing, Inlightening, Education ->
[center][Youtube]VVQv1EzDTtY[/Youtube][/center]
[center]10:43[/center]

интервью Раввина Борода https://cursorinfo.co.il/all-news/rav.
мой телеграмм https://t.me/peshekhonovandrei
мой твиттер https://twitter.com/Andrey54708595
мой инстаграм https://www.instagram.com/andreipeshekhonow/

[b]Мой комментарий:
Андрей спрашивает: Краснодарская синагога — это что, военный объект?
— Да, военный, потому что имеет разрешение от Росатома на манипуляции с радиоактивными веществами, а также иными веществами, опасными в отношении массового поражения. Именно это было выявлено группой краснодарцев во главе с Мариной Мелиховой.

[center][Youtube]CLegyQkMkyw[/Youtube][/center]
[center]10:22 [/center]

Доминико Риккарди: Россию ждёт страшное будущее (хотелки ЦРУ):
https://tainy.net/22686-predskazaniya-dominika-rikardi-o-budushhem-rossii-sdelannye-v-2000-godu.html

Завещание Алена Даллеса / Разработка ЦРУ (запрещено к ознакомлению Роскомнадзором = Жид-над-рус-надзором)
http://av-inf.blogspot.com/2013/12/dalles.html

[center][b]Сон разума народа России [/center]

[center][Youtube]CLegyQkMkyw[/Youtube][/center]
[center]10:22 [/center]

Доминико Риккарди: Россию ждёт страшное будущее (хотелки ЦРУ):
https://tainy.net/22686-predskazaniya-dominika-rikardi-o-budushhem-rossii-sdelannye-v-2000-godu.html

Завещание Алена Даллеса / Разработка ЦРУ (запрещено к ознакомлению Роскомнадзором = Жид-над-рус-надзором)
http://av-inf.blogspot.com/2013/12/dalles.html

[center][b]Сон разума народа России [/center]

Тема: «Полупроводниковые приборы».

Министерство образования и науки Российской Федерации

Министерство общего и профессионального образования Ростовской области

Государственное бюджетное образовательное учреждение среднего профессионального образования Ростовской области Батайский техникум информационных технологий и радиоэлектроники «Донинтех» (ГБОУ СПО РО БТИТиР)

РЕФЕРАТ

По дисциплине: «МДК 01.01 »

Тема: «Полупроводниковые приборы».

Преподаватель: Макашина Татьяна Михайловна

Студент: Ткач Вадим

Курс: 2 Группа: Т-24

Форма обучения: дневная

Это электронные приборы, действие которых основано на электронных процессах в полупроводниках. В электронике П. п. служат для преобразования различных сигналов, в энергетике — для непосредственного преобразования одних видов энергии в другие.

Известно много разнообразных способов классификации П. п., например по назначению и принципу действия, по типу материала, конструкции и технологии, по области применения. Однако к основным классам П. п. относят следующие: электропреобразовательные приборы, преобразующие одни электрические величины в др. электрические величины (полупроводниковый диод, транзистор, тиристор); оптоэлектронные приборы, преобразующие световые сигналы в электрические и наоборот (оптрон, фоторезистор, фотодиод, фототранзистор, фототиристор. полупроводниковый лазер, светоизлучающий диод, твердотельный преобразователь изображения — аналог видикона и т.п.); термоэлектрические приборы, преобразующие тепловую энергию в электрическую и наоборот (термоэлемент, термоэлектрический генератор, солнечная батарея, термистор и т.п.); магнитоэлектрич. приборы (датчик, использующий Холла эффект, и т.п.); пьезоэлектрический и тензометрический приборы, которые реагируют на давление или механическое смещение. К отдельному классу П. п. следует отнести интегральные схемы, которые могут быть электропреобразующими, оптоэлектронными и т.д. либо смешанными, сочетающими самые различные эффекты в одном приборе. Электропреобразовательные П. п. — наиболее широкий класс приборов, предназначенных для преобразования (по роду тока, частоте и т.д.), усиления и генерирования электрических колебаний в диапазоне частот от долей гц до 100 Ггц и более; их рабочие мощности находятся в пределах от

П. п. выпускают в металлостеклянных, металлокерамических или пластмассовых корпусах, защищающих приборы от внешних воздействий; для использования в гибридных интегральных схемах выпускаются т. н. бескорпусные П. п. (см. Микроэлектроника). Номенклатура П. п., выпускаемых во всех странах, насчитывает около 100 000 типов приборов различного назначения.

Рис.1. Полупроводниковый диод с р-n — переходом (структурная схема)

Рис.2. Вольтамперная характеристика полупроводникового диода с р-n – переходом

Полупроводниковый диод,двухэлектродный электронный прибор на основе полупроводникового (ПП) кристалла. Понятие «П. д.» объединяет различные приборы с разными принципами действия, имеющие разнообразное назначение. Система классификации П. д. соответствует общей системе классификации полупроводниковых приборов. В наиболее распространённом классе электропреобразовательных П. д. различают: выпрямительные диоды, импульсные диоды, стабилитроны, диоды СВЧ (в т. ч. видеодетекторы, смесительные, параметрические, усилительные и генераторные, умножительные, переключательные). Среди оптоэлектронных П. д. выделяют фотодиоды, светоизлучающие диоды и ПП квантовые генераторы.

Наиболее многочисленны П. д., действие которых основано на использовании свойств электронно-дырочного перехода (р-n-перехода). Если к р-n-переходу диода (рис.1) приложить напряжение в прямом направлении (т. н. прямое смещение), т.е. подать на его р-область положительный потенциал, то потенциальный барьер, соответствующий переходу, понижается и начинается интенсивная инжекция дырок из р-области в n-область и электронов из n-области в р-область — течёт большой прямой ток (рис.2). Если приложить напряжение в обратном направлении (обратное смещение), то потенциальный барьер повышается и через р-n-переход протекает лишь очень малый ток неосновных носителей заряда (обратный ток). На рис.3 приведена эквивалентная схема такого П. д.

На резкой несимметричности вольтамперной характеристики (ВАХ) основана работа выпрямительных (силовых) диодов. Для выпрямительных устройств и др. сильноточных электрических цепей выпускаются выпрямительные П. д., имеющие допустимый выпрямленный ток Iв до 300 а и максимальное допустимое обратное напряжение U*обр от 20-30 в до 1-2 кв.П. д. аналогичного применения для слаботочных цепей имеют Iв 10-5-10-4 сек, ограничивает частотный предел их применения (обычно областью частот 50-2000 гц).

Использование специальных технологических приёмов (главным образом легирование германия и кремния золотом) позволило снизить время переключения до 10-7-10-10 сек и создать быстродействующие импульсные П. д., используемые, наряду с диодными матрицами, главным образом в слаботочных сигнальных цепях ЭВМ.

Рис.3. Полупроводниковый диода с р-n – переходом

Рис.4. Вольтамперные характеристики туннельного и обращенного диодов

При невысоких пробивных напряжениях обычно развивается не тепловой, а обратимый лавинный пробой р-n-перехода — резкое нарастание тока при почти неизменном напряжении, называется напряжением стабилизации Ucт. На использовании такого пробоя основана работа полупроводниковых стабилитронов. Стабилитроны общего назначения с Ucт от 3-5 в до 100-150 в применяют главным образом в стабилизаторах и ограничителях постоянного и импульсного напряжения; прецизионные стабилитроны, у которых встраиванием компенсирующих элементов достигается исключительно высокая температурная стабильность Ucт (до 1Ч10-5 — 5Ч10-6 К-1), — в качестве источников эталонного и опорного напряжений.

В предпробойной области обратный ток диода подвержен очень значительным флуктуациям; это свойство р-n-перехода используют для создания генераторов шума. Инерционность развития лавинного пробоя в р-n-переходе (характеризующаяся временем 10-9-10-10 сек) обусловливает сдвиг фаз между током и напряжением в диоде, вызывая (при соответствующей схеме включения его в электрическую цепь) генерирование СВЧ колебаний. Это свойство успешно используют в лавинно-пролётных полупроводниковых диодах, позволяющих осуществлять генераторы с частотами до 150 Ггц.

Рис.5. Полупроводниковые диоды (внешний вид)

Для детектирования и преобразования электрических сигналов в области СВЧ используют смесительные П. д. и видеодетекторы, в большинстве которых р-n-переход образуется под точечным контактом. Это обеспечивает малое значение ёмкости Св (рис.3), а специфическое, как и у всех СВЧ диодов, конструктивное оформление обеспечивает малые значения паразитных индуктивности Lk и ёмкости Ск и возможность монтажа диода в волноводных системах.

При подаче на р-n-переход обратного смещения, не превышающего U*обр, он ведёт себя как высокодобротный конденсатор, у которого ёмкость Св зависит от величины приложенного напряжения. Это свойство используют в варикапах, применяемых преимущественно для электронной перестройки резонансной частоты колебательных контуров, в параметрических полупроводниковых диодах, служащих для усиления СВЧ колебаний, в варакторах и умножительных диодах, служащих для умножения частоты колебаний в диапазоне СВЧ. В этих П. д. стремятся уменьшить величину сопротивления rб (основной источник активных потерь энергии) и усилить зависимость ёмкости Св от напряжения Uo6p.

У р-n-перехода на основе очень низкоомного (вырожденного) полупроводника область, обеднённая носителями заряда, оказывается очень тонкой (

10-2 мкм), и для неё становится существенным туннельный механизм перехода электронов и дырок через потенциальный барьер (см. Туннельный эффект). На этом свойстве основана работа туннельного диода, применяемого в сверхбыстродействующих импульсных устройствах (например, мультивибраторах, триггерах), в усилителях и генераторах колебаний СВЧ, а также обращенного диода, применяемого в качестве детектора слабых сигналов и смесителя СВЧ колебаний. Их ВАХ (рис.4) существенно отличаются от ВАХ других П. д. как наличием участка с «отрицательной проводимостью», ярко выраженной у туннельного диода, так и высокой проводимостью при нулевом напряжении.

К П. д. относят также ПП приборы с двумя выводами, имеющие неуправляемую четырёхслойную р-n-р-n-структуру и называют динисторами (см. Тиристор), а также приборы, использующие объёмный эффект доменной неустойчивости в ПП структурах без р-n-перехода — Ганна диоды. В П. д. используют и др. разновидности ПП структур: контакт металл — полупроводник (см. Шотки эффект, Шотки диод) и р-i-n-структуру, характеристики которых во многом сходны с характеристиками р-n-перехода. Свойство р-i-n-структуры изменять свои электрические характеристики под действием излучения используют, в частности, в фотодиодах и детекторах ядерных излучений, устроенных Т.о., что фотоны или ядерные частицы могут поглощаться в активной области кристалла, непосредственно примыкающей к р-n-переходу, и изменять величину обратного тока последнего. Эффект излучательной рекомбинации электронов и дырок, проявляющийся в свечении некоторых р-n-переходов при протекании через них прямого тока, используется в светоизлучающих диодах. К П. д. могут быть отнесены также и полупроводниковые лазеры.

Большинство П. д. изготавливают, используя планарно-эпитаксиальную технологию (см. Планарная технология), которая позволяет одновременно получать до нескольких тысяч П. д. В качестве полупроводниковых материалов для П. д. применяют главным образом Si, а также Ge, GaAs, GaP и др., в качестве контактных материалов — Au, Al, Sn, Ni, Cu. Для защиты кристалла П. д. его обычно помещают в металло-стеклянный, металло-керамический, стеклянный или пластмассовый корпус (рис.5).

В СССР для обозначения П. д. применяют шестизначный шифр, первая буква которого характеризует используемый полупроводник, вторая — класс диода, цифры определяют порядковый номер типа, а последняя буква — его группу (например, ГД402А — германиевый универсальный диод; КС196Б — кремниевый стабилитрон).

От своих электровакуумных аналогов, например кенотрона, газоразрядного стабилитрона, индикатора газоразрядного, П. д. отличаются значительно большими надёжностью и долговечностью, меньшими габаритами, лучшими техническими характеристиками, меньшей стоимостью и поэтому вытесняют их в большинстве областей применения.

С развитием ПП электроники совершился переход к производству наряду с дискретными П. д. диодных структур в ПП монолитных интегральных схемах и функциональных устройствах, где П. д. неотделим от всей конструкции устройства.

Рис.1 Энергетические диаграммы электронно-дырочного перехода туннельного диода

Рис.2 Вольтамперные характеристики туннельных диодов

Туннельный диод, двухэлектродный электронный прибор на основе полупроводникового кристалла, в котором имеется очень узкий потенциальный барьер, препятствующий движению электронов; разновидность полупроводникового диода. Вид вольтамперной характеристики (ВАХ) Т.д. определяется главным образом квантово-механическим процессом туннелирования (см. Туннельный эффект), благодаря которому электроны проникают сквозь барьер из одной разрешенной области энергии в другую. Изобретение Т.д. впервые убедительно продемонстрировало существование процессов туннелирования в твёрдых телах. Создание Т.д. стало возможно в результате прогресса в полупроводниковой технологии, позволившего создавать полупроводниковые материалы с достаточно строго заданными электронными свойствами. Путём легирования полупроводника большим количеством определённых примесей удалось достичь очень высокой плотности дырок и электронов в р — и n — областях, сохранив при этом резкий переход от одной области к другой (см. Электронно-дырочный переход). Ввиду малой ширины перехода (50-150 Е) и достаточно высокой концентрации легирующей примеси в кристалле, в электрическом токе через Т.д. доминируют туннелирующие электроны. На рис.1приведены упрощённые энергетические диаграммы для таких р — n — переходов при четырёх различных напряжениях смещения U. При увеличении напряжения смещения до U1 межзонный туннельный ток (it на рис.1, б) возрастает. Однако при дальнейшем увеличении напряжения (например, до значения U2, рис.1, в) зона проводимости в n-oбласти и валентная зона в р-области расходятся, и ввиду сокращения числа разрешенных уровней энергии для туннельного перехода ток уменьшается — в результате Т.д. переходит в состояние с отрицательным сопротивлением. При напряжении, достигшем или превысившем U3 (рис.1, г), как и в случае обычного р — n-перехода, будет доминировать нормальный диффузионный (или тепловой) ток.

Первый Т.д. был изготовлен в 1957 из германия; однако вскоре после этого были выявлены др. полупроводниковые материалы, пригодные для получения Т.д.: Si, InSb, GaAs, InAs, PbTe, GaSb, SiC и др. Нарис.2 приведены ВАХ ряда Т.д. В силу того что Т.д. в некотором интервале напряжений смещения имеют отрицательное дифференциальное сопротивление и обладают очень малой инерционностью, их применяют в качестве активных элементов в высокочастотных усилителях электрических колебаний, генераторах и переключающих устройствах.

Рис.1. Схема включения стабилитрона в параметрическом стабилизаторе напряжения

Рис.2. Вольтамперная характеристика стабилитрона

Стабилитрон
Стабилитрон[от лат. stabilis — устойчивый, постоянный и (элек) трон], двухэлектродный газоразрядный или полупроводниковый прибор, напряжение на котором при изменении (в определённых пределах) протекающего в нём тока изменяется незначительно.С. применяют для поддержания постоянства напряжения на заданном участке электрической цепи, например в стабилизаторах напряжения (см. Стабилизатор электрический) — параметрических (рис.1) либо компенсационных (в качестве опорного элемента), в импульсных устройствах, ограничителях уровня напряжения и т.д. Коэффициент стабилизации напряжения К, характеризующий относительное изменение напряжений на входе и выходе участка цепи [К = (DUвх/Uвх): (DUвых/Uвых)], определяется видом вольтамперной характеристики С. (рис.2) и величиной сопротивления балластного резистора Rб; чем характеристика положе, тем сильнее стабилизирующий эффект.

Действие газоразрядных С. основано на свойствах тлеющего разряда и коронного разряда.С. тлеющего разряда выполняются в виде коаксиальной или плоскопараллельной системы электродов, помещенных в баллон, наполненный инертным газом под давлением несколько кн/м2. Область значений стабилизируемого напряжения у таких С.60-150 в, рабочий диапазон токов 5-40 ма.С. коронного разряда выполняются обычно в виде коаксиальной системы электродов с анодом малого радиуса и катодом большого радиуса (отношение радиусов

5-10); баллон С. наполнен газом (водородом) под относительно высоким давлением — от нескольких кн/м2 до давлений, превышающих атмосферное (100 кн/м2). Они предназначены для стабилизации высоких напряжений (

3Ї102-3Ї104 в) при малых токах (от

Полупроводниковый стабилитрон, полупроводниковый диод, на выводах которого напряжение остаётся почти постоянным при изменении в некоторых пределах величины протекающего в нём электрического тока. Рабочий участок вольтамперной характеристики П. с. находится в узкой области обратных напряжений, соответствующих электрическому пробою его р-n-перехода. При напряжениях пробоя Unp 6,5 в — с лавинным умножением носителей заряда; при промежуточных напряжениях генерируемые первоначально (вследствие туннельного эффекта) носители заряда создают условия для управляемого лавинного пробоя. В СССР выпускаются (1975) кремниевые П. с. на различные номинальные напряжения стабилизации в диапазоне от 3 до 180 в.П. с. применяют главным образом для стабилизации напряжения и ограничения амплитуды импульсов, в качестве источника опорного напряжения, в потенциометрических устройствах.

Дата добавления: 2015-08-12 ; просмотров: 526 . Нарушение авторских прав

Перечислите области применения полупроводни­ковых приборов

Перечислите области применения полупроводни­ковых приборов.

Ответ

Благодаря удивительным свойствам полу­проводников, они широко используются при создании транзисторов, тиристоров, полупро­водниковых диодов, фоторезисторов и другой сложнейшей аппаратуры.

Применение инте­гральных микросхем в теле-, радио- и компью­терных приборах позволяет создавать устрой­ства небольших, а порой и ничтожно малых размеров.

В каких приборах применяется свойства полупроводников?

Что ты хочешь узнать?

Ответ

Вот ответ на твой вопрос

Свойства p-n — перехода. Полупроводниковые приборы являются основой современной электронной техники. Они применяются в радиоприемниках и телевизорах, микрокалькуляторах и электронных вычислительных машинах. Принцип действия большинства полупроводниковых приборов основан на использовании свойств p-n — перехода. Для создания p-n — перехода в кристалле с электронной проводимостью нужно создать область с дырочной проводимостью или в кристалле с дырочной проводимостью — область с электронной проводимостью. Такая область создается введением примеси в процессе выращивания кристалла или введением атомов примеси в готовый кристалл. Через границу, разделяющую области кристалла с различными типами проводимости, происходит диффузия электронов и дырок

Добавить комментарий