2. Транзисторы

электронами и вакантными местами - дырками, образующимися в равном количестве

вследствие тепловой ионизации.

носителей заряда.
n — концентрация носителей(см−3),
e — заряд электрона,
v —скорость упорядоченного

движения носителей(см ·с−1).

Плотность тока:

Диаграмма энергетических уровней электронов в чистом полупроводнике.

полупроводнике:
Здесь: ϕs — ширина запрещенной зоны (В),
T — температура (K),
n0 —

плотность состояний в валентной зоне — от температуры зависит слабо.

Для германия:
ϕs =0,67 эВ, концентрация носителей при комнатной температуре (300 K) равна n=2,5·1013 см−3.

Для кремния:
ϕs =1,1 эВ, концентрация при тех же условиях n=1011 см−3.

подвижность носителей.
Плотность тока:
Где проводимость:
Параметры, характеризующие основные процессы в полупроводнике -

ионизации и рекомбинации (взаимное уничтожение носителей заряда):

- время жизни носителей,

-диффузионная длина,

- коэффициент диффузии.

Менделеева (мышьяк As, сурьма Sb, фосфор P) - донорные.
В полупроводнике

создается избыточная концентрация свободных электронов (полупроводник n-типа). При комнатной температуре их концентрация практически равна концентрации примесей (1016 см−3) и существенно превышает концентрацию свободных электронов в чистом полупроводнике. Проводимость носит в основном электронный характер.

Динамическое равновесие между основными носителями (электронами) и неосновными носителями (дырками) описывается соотношением:

Здесь ne, np — концентрация электронов и дырок в примесном легированном) полупроводнике, ni—концентрация электронов и дырок в чистом полупроводнике.

Deа – сотые доли эВ.

Менделеева (алюминийAl, индийIn, галлийGa).
Примеси из элементов V группы называют донорными

примесями, а полупроводник с такими примесями—n-полупроводником.
Примеси элементов III группы называют акцепторными; полупроводник с дырочной проводимостью называют p-полупроводником (или полупроводником p-типа).

и n-области в образце полупроводника с достаточно резкой границей между

ними.

Если к полупроводнику не приложено внешнее электрическое поле – устанавливается динамическое равновесие между током диффузии и током проводимости (обратным током).
Ток диффузии образуется основными носителями и зависит от высоты потенциального барьера и, естественно, от температуры. Обратный ток образуется не основными носителями и зависит лишь от их концентрации, а также благодаря электронно-дырочным парам, образующимся непосредственно в области электрического поля p–n перехода вследствие тепловой ионизации.

формулой:
Где: Is — обратный ток перехода,
U — внешнее напряжение, приложенное к

переходу.

(e/kT =38,6 В−1 при комнатной температуре)

Вольт-амперная характеристика p − n перехода:

коллекторного перехода:
где iэ — ток эмиттера,
iк0 — обратныйток коллекторного

перехода,
α—коэффициент передачи по току.

тока эмиттера за счет инжекции из базы в эмиттер
Часть инжектированных

в базу неосновных носителей рекомбинируют.

Поэтому:
1) Для уменьшения обратной инжекции из базы в эмиттер последний выполняют с существенно большей концентрацией примесей.
2) Для уменьшения рекомбинации неосновных носителей в базе должно выполняться условие W << L, где W — толщина базы, L — диффузионная длина для неосновных носителей в базе.

Для резких переходов

току:

электрического поля называют в физике полупроводников “эффектом поля”, а сам

слой называют каналом.

затвора, то полевые транзисторы характеризуют крутизной S мА/В, а не

коэффициентом усиления по току, как биполярные транзисторы.

– имеют меньший разброс параметров;
2) Ток течет не через p-n-переходы

а между омическими контактами в однородной среде – более высокая линейность ВАХ, нет шумов токораспределения, плотность тока может быть больше (поэтому уровень шумов меньше, отдаваемая мощность больше)
3) Вместо емкостей эмитерного и коллекторного переходов – сравнительно маленькая емкость обратно смещенного барьера Шотки затвора, поэтому они уже сейчас могут работать до 90-120 ГГц;
4) Внутренняя обратная связь через паразитные емкости маленькая – более устойчивая работа в широком диапазоне частот.

Скорость движения электронов в GaAs больше в 3 раза, чем в Si и несмотря на то, что теплопроводность в 3 раза меньше чем у Si, БТ уступают ПТШ по выходной мощности уже на 4-5 ГГц, а по коэффициенту шума – на 1-1.5 ГГц

2. Транзисторы.

2.5.Полевые транзисторы.

обозначение IGBT
Биполярный транзистор с изолированным затвором (IGBT - Insulated Gate

Bipolar Transistors) являются продуктом развития структуры металл-оксид-полупроводник, управляемых электрическим полем (MOSFET-Metal-Oxid-Semiconductor-Field-Effect-Transistor) и сочетают в себе два транзистора в одной полупроводниковой структуре: биполярный (образующий силовой канал) и полевой (образующий канал управления). Его включение и выключение осуществляются подачей и снятием положительного напряжения между затвором и истоком.

(база), p+ (коллектор); полевой - слоями n (исток), n+ (сток)

и металлической пластиной (затвор). Слои p+ и p имеют внешние выводы, включаемые в силовую цепь. Затвор имеет вывод, включаемый в цепь управления.