Дисциплина: ЭЛЕКТРОНИКА

Радиоэлектроники и информационно-измерительной техники)


ФОЭ

Лекции – 18шт,
Лабораторные работы – 9шт,
Практические

занятия - 9
консультации– в течении семестра,
Экзамен.

САМОСТОЯТЕЛЬНАЯ РАБОТА:
1. Подготовка к выполнению и защите лабораторных работ и практических занятий.
2. Самостоятельное изучение отдельных разделов курса.

об электронных приборах
Глава 2. Электрофизические свойства полупроводника. Р-n – переход

и его свойства
Глава 3. Полупроводниковые диоды
Глава 4. Биполярные транзисторы
Глава 5. Полевые транзисторы
Глава 6. Силовые полупроводниковые приборы
Глава 7. Оптоэлектронные приборы
Глава 8. Электровакуумные приборы

Электроника

Модуль 2. Микроэлектроника

Тема 7. Интегральные микросхемы. Основы технологии производства ИС.

Тема 8. Базовые элементы аналоговых интегральных схем

Тема 9. Базовые элементы цифровых интегральных схем

Тема 10. Перспективы развития электроники.- Функциональная. электроника и наноэлектроника

РЕЙТИНГОВОЙ СИСТЕМОЙ ОЦЕНОК
1.Учебный цикл.
Учебный семестр подразделяется на 2 учебных модуля,

каждый из которых заканчивается аттестацией путем компьютерного тестирования. Продолжительность первого модуля:1-8 неделя, второго:9-16 неделя. Учебный цикл заканчивается итоговой аттестацией – зачетом (экзаменом) путем компьютерного тестирования или по билетам.
2 Бальная шкала.
В университете действует следующая шкала балльно-рейтинговой оценки для дисциплины:
86 - 100 баллов − «отлично», 76 – 85 баллов − «хорошо», 51 – 75 баллов − «удовлетворительно».
3. Распределение баллов на дисциплину по семестру.
Зачет оценивается в 50 баллов. Студент считается сдавшим зачет, если он на зачете получил не менее 25 баллов.
Остальные 50 баллов распределяются между двумя промежуточными контрольными мероприятиями после 8-ой неделе и после 16 неделе. На каждое из них отводится по 25 баллов, из них 17 баллов за тестирование по теоретическому курсу и 8 баллов за своевременное и успешное выполнение и защиту лабораторных работ
На одну лабораторную работу выделяется 2 балла. Из них 1 балл за своевременное выполнение и еще 1 балл за своевременную сдачу теоретической части и оформленного отчета работы. Своевременным выполнением считается выполнение в составе группы по расписанию, своевременной сдачей − сдача до проведения следующей лабораторной работы. Пропуск занятия без уважительных причин отмечается оценкой 0 баллов с отработкой в конце семестра -1 балл.
Активность студентов на занятиях оценивается с максимальной оценкой в 10 дополнительных баллов.
«Стоимость» в баллах вопросов в билете на экзамене (зачете), устанавливается преподавателем индивидуально. Оценка за каждый вопрос проставляется дифференцированно с учетом дополнительных вопросов по теме вопроса.
4. Контроль учебной работы студента.
Сроки контрольных мероприятий: промежуточных - 8, 16, неделя и итоговый контроль на экзамене.
Отсутствие студента на промежуточном контроле без уважительной причины оценивается нулевым баллом.
Если контрольное мероприятие пропущено по уважительной причине (например, болезнь, подтвержденная справкой медицинского учреждения), то снижение баллов при дополнительном выполнении контрольного мероприятия не производится. Для таких студентов организуется ликвидация задолжностей в дополнительное время.

ФОЭ

Учебник для вузов. - 3-е изд., перераб. и доп. -

М.: Высш. шк., 2004. - 790 с.
2. . Степаненко И.П. Основы микроэлектроники. Учебное пособие для вузов . 2004 – 499с.

3. Погодин Д.В., Физические основы электроника: Учебное пособие по дисциплине «электроника». Казань -в электронном виде

ФОЭ

полупроводниковых диодов.
2. Исследование статических характеристик и параметров биполярных транзисторов.
3. Исследование

статических характеристик и параметров полевых транзисторов.
4. Исследование элементов оптоэлектроники.
5. Исследование усилительного каскада на биполярных транзисторах.
6. Исследование устройств содержащих ОУ.
7. Исследование транзисторного ключа.
8. Цифровые интегральные схемы (Логические элементы)
9. Итоговое занятие


1. Учебное пособие для самоподготовки к тестированию по Электронике для 210400.62 Погодин Д.В., 2013 в электронном виде

Электроника

тестированию по ФОЭ
1. P-nереход и его основные параметры. Расчет схем

на полупроводниковых диодах. Выпрямители.
2. Расчет схем на полупроводниковых диодах. Стабилитрон. Формирователи импульсов.
3. Режим покоя транзистора, схемотехнические способы его обеспечения. Расчет h-параметры биполярного транзистора. Схемы замещения.
4. Расчет схемы на биполярном транзисторе в режиме усиления малого сигнала и большого сигнала.
5. Расчет схемы на полевом транзисторе. Режим усиления. Y-параметры. Схемы замещения.
6. Расчет параметров элементов АИС. Диф каскад, Токовое зеркало. Каскад сдвига уровня.
7. Расчет линейных схем содержащих ОУ. Компараторы напряжения.
8. Расчет транзисторного ключа.
9. Расчет импульсных схем на логических элементах

изучает явления связанные с протеканием электрического тока в вакууме, газе,

твердом теле или жидкости, а также занимается изготовлением и практическим использованием устройств на основе перечисленных явлений.
Устройства, использующие электронные явления, называются электронными приборами. В электронике электронные приборы называют активными элементами.
Электронные приборы составляют основу элементной базы электроники.
Элементная база электроники– это элементы и компоненты, из которых состоят блоки и узлы радиоэлектронной аппаратуры.
Компоненты – это конструктивно законченные изделия. К ним относятся как дискретные радиоэлементы, а также интегральные микросхемы.
Элементы – это неделимая часть компоненты, которая выполняет роль какого либо радиоэлемента. Элементы могут быть пассивными (резисторы, конденсаторы) или активными. Активные элементы называют электронными приборами..
Две основные задачи, решаемые с помощью ЭП:
1.преобразование энергии (например, преобразование энергии света в электрическую энергию или преобразование переменного тока в постоянный);
2. осуществлять заданные преобразования сигналов (генерация, преобразование к удобному виду, хранение и т. д.)

которой протекает электрический ток, можно выделить следующие ЭП: электровакуумные; газонаполненные;

полупроводниковые или твердотельные и хемотронные.
По характеру преобразуемой энергии на входе и выходе ЭП:
- электропреобразовательные, в них энергия источников постоянного тока преобразуется в энергию электрических колебаний той или иной формы и частоты;
- фотоэлектрические - в них, энергия электромагнитных волн оптического диапазона преобразуется в электрический ток;
- электронно-световые приборы - в них энергия электрического тока преобразуется в энергию оптического потока;
- термоэлектрические - в них тепловой сигнал преобразуется в электрический,
-акустоэлектронные приборы - в них происходит взаимодействие акустической и электрической энергии.
В зависимости от назначения и выполняемых функций – выпрямительные, усилительные, генераторные, переключательные, индикаторные и другие.

Электротехника и электроника

низкочастотные (НЧ), среднечастотные (СЧ), высокочастотные (ВЧ), сверхвысокочастотные (СВЧ).

По мощности

создаваемой или потребляемой – малой, средней и большой мощности.

По технологии изготовления: дискретные и ИС
Первые ЭП были дискретными. Они состояли из простых элементов и выполняли простые функции. Успехи полупроводниковой технологии привели к созданию нового класс ЭП – интегральных микросхем (ИМС).
ИС – это микроэлектронное изделие, которое выполняет определенную (законченную) функцию преобразования и обработки сигналов и имеет высокую плотность упаковки электрически соединенных элементов и кристаллов.

Таким образом, электроника включает в себя три равнозначных аспекта: физический, технологический и схемотехнический.

для преобразования входного сигнала (воздействия) в выходной сигнал (отклик).
В зависимости

от числа выводов ЭП бывают: двухполюсниками, трехполюсниками, четырехполюсниками и многополюсниками.


Для сравнения ЭП между собой, описания их свойств и особенностей их характеризуют - параметрами, характеристиками, эквивалентными схемами.
1. Аналитически в виде характеристики.
Графическая или аналитическая зависимость между напряжением и током на выводах ЭП называется статической или просто вольт-амперной характеристикой (ВАХ). Для большинства ЭП она имеет нелинейный характер.
ВАХ является важнейшей характеристикой, поскольку она отражает физические явления, которые определяют работу электронного прибора, наглядно характеризует взаимосвязь токов и напряжений, изменяющихся в большом диапазоне, и позволяет судить о возможностях прибора даже не зная его принципа работы.

оценивают с помощью параметров ВАХ ЭП. Параметр характеризует поведение ВАХ

в области рабочей точки. Совокупность постоянных напряжений и токов на выводах ЭП называют рабочей точкой ЭП.
Параметр элемента, определяется из электрической характеристики, как отношение отклика к воздействию:


например ,
,
где воздействие – электрическая величина, которая воздействует на элемент; отклик появляется в результате воздействия.
В зависимости от характера входного сигнала различают три вида параметров: статические, дифференциальные и комплексные.
статическое сопротивление (статический параметр) – это сопротивление постоянному току в заданной рабочей точке (U0, I0) - R0=U0/I0;

дифференциальное сопротивление (дифференциальных параметров ВАХ ЭП) – это сопротивление переменному току малой амплитуды - Rдиф = dU/dIU/I=Um/Im.

1.2 Параметры ЭП

схем ЭП по переменному току. Иногда вместо термина «эквивалентная схема»

используется термин «схема замещения».
Эквивалентной принято называть схему, реакция которой на входное воздействие одинакова (с определенной степенью точности) с реакцией самого ЭП.
Можно выделить два подхода к построению эквивалентной схемы ЭП.
Формальная схема замещения.
Физическая схема замещения.

Электротехника и электроника

Электропроводимость полупроводников
Электропроводность – это свойство веществ проводить электрический ток.

Электрический ток – это направленное движение свободных носителей заряда.
Количественно электропроводность характеризуется:
1. удельным электрическим сопротивлением ρ (Ом.см); 2. электрической удельной проводимостью  =1/ρ; 3. концентрацией свободных носителей заряда в веществе n -(эл/см3).

Важнейшим признаком полупроводников является сильная зависимость их электр. сопротивления, от температуры, степени освещенности, уровня ионизирующего излучения, количества примесей….
В настоящее время для изготовления полупроводниковых приборов в основном используются следующие полупроводники:
четырехвалентные - германий (Ge), кремний (Si) и арсенид галлия (AsGa);
трехвалентные - алюминий (Al), индий (Jn), бор (В);
пятивалентные – фосфор (P), сурьма (Sb), мышьяк (As).
Валентность вещества, определяет число электронов на внешней оболочке атома.
Все полупроводники можно разбить на две группы:
чистые, собственные, беспримесные или ПП i-типа –они состоят из атомов одного сорта;
примесные или легированные – в них часть атомов собственного ПП заменяется на атомы ПП другого сорта. Процесс введения примесей в полупроводник называется легированием.

В зависимости от способности проводить электрический ток, все вещества делятся на три группы: проводники (металлы), полупроводники и диэлектрики.

соответствии с квантовой теорией энергия электрона, вращающегося по своей орбите

вокруг ядра, не может принимать произвольных значений.
Согласно принципу Паули на одном энергетическом уровне не может находится более двух электронов, причем спины этих электронов должны быть противоположны.
В результате этого в твердых телах происходит расщепление энергетических уровней электронов, на большое количество почти сливающихся подуровней (рис. 1.3), образующих энергетические зоны.
Разрешенная зона, в которой при температуре абсолютного нуля все энергетические зоны заняты электронами, называется валентной.
Разрешенная зона, в которой при температуре абсолютного нуля электроны отсутствуют, называется зоной проводимости. Между валентной зоной и зоной проводимости расположена запрещенная зона; ∆W – ширина запрещенной зоны..

Расщепление энергетических уровней электронов в твердых телах

Зонные энергетические диаграммы различных твердых веществ: а – проводник; б – полупроводник; в – диэлектрик

называется зоной проводимости. Между валентной зоной и зоной проводимости расположена

запрещенная зона
Шириной запрещённой зоны называется разность энергий между дном (нижним уровнем) зоны проводимости и потолком (верхним уровнем) валентной зоны.

Характерные значения ширины запрещённой зоны в полупроводниках составляют 0,1—4 эВ. Кристаллы с шириной запрещённой зоны более 4 эВ обычно относят к диэлектрикам. Полупроводники с шириной запрещённой зоны менее ~0.3 эВ называют узкозонными полупроводниками, а полупроводники с шириной запрещённой зоны более ~3 эВ — широкозонными полупроводниками.

Ширина запрещенной зоны является основным параметром, характеризующим свойства твердого тела (рис. 1.4). Вещества, у которых ширина запрещенной энергетической зоны , относятся к полупроводникам, а при – к диэлектрикам. У металлов (проводников) запрещенная зона отсутствует. В полупроводниковой электронике широкое применение получили германий и кремний – элементы 4-й группы периодической системы элементов Менделеева, а также арсенид галлия . Всего лишь около 10 лет назад в качестве доступного материала для полупроводниковых приборов стал рассматриваться карбид кремния , что стало возможным благодаря развитию технологии выращивания кристаллов требуемого размера в необходимых количествах. Ширина запрещенной зоны у карбида кремния для разных политипов.

определённом порядке, образуя кристаллическую решётку. Она возникает за счёт обобществления

валентных электронов соседними атомами и называется ковалентной.
Плоская модель кристаллической решётки собственного четырехвалентного полупроводника приведена на рис.2.1.

В собственных полупроводниках при Т=00K свободных носителей заряда нет. Все электроны участвуют в образовании ковалентной связи, и полупроводник –диэлектрик.
С повышением температуры электроны приобретают дополнительную энергию, и некоторые из них покидают ковалентные связи, становясь свободными. При этом образуется два свободных носителя заряда: электрон и дырка (вакансия) - свободный положительный носитель заряда.
Процесс образования свободного электрона и дырки называется генерацией свободной электронно-дырочной пары.
Свободные электроны, двигаясь по объёму полупроводника, теряют часть своей энергии и могут занимать место дырки электрон и дырка перестают существовать.
Процесс взаимного исчезновения электрона и дырки называется рекомбинацией.
В чистом беспримесном полупроводнике (их называют полупроводниками i – типа) всегда выполняется условие ni = pi причем



где: ni и pi – соответственно концентрация электронов и дырок в полупроводнике;
А - постоянный коэффициент; Т - температура по шкале Кельвина;
W - ширина запрещённой зоны (это энергия, которую должен приобрести электрон, чтобы разорвать ковалентную связь и стать свободным, она зависит от материала полупроводника). Она составляет 0,67 эВ для Ge, для Si - 1,12эВ, а для GaAs - 1,43эВ; k – постоянная Больцмана.
Чистые полупроводники при создании полупроводниковых приборов практически не используются, так как их свойства сильно зависят от температуры и других внешних факторов.

Плоская модель кристаллической решётки собственного четырехвалентного полупроводника приведена на рис.2.1.

– начальное состояние;
б. – переход;
в. – конечное состояние
I а. –

захват электрона, I б.отдача электрона,
II а. захват дырки, II б.отдача дырки.

В зависимости от валентности введенной примеси получают два типа примесных

полупроводников: p и n- типа.
Полупроводники n-типа. Их получают путём введения в собственный, обычно 4-х валентный полупроводник, атомов 5-и валентной примеси. Каждый атом примеси создает свободный электрон и неподвижный положительно заряженный ион атома донорной примеси. Примесь, создающая свободные электроны, называется донорной. В целом, примесный полупроводник остается электрически нейтральным.
Плоская модель кристаллической решётки полупроводника с донорной примесью (см. рис.).
В полупроводнике n-типа основными свободными носителями заряда (их больше, чем дырок) являются электроны с концентрацией nn.,: здесь: ND - концентрация атомов донорной примеси; ni -концентрация электронов в собственном полупроводнике, они возникают за счет термогенерации; nn - концентрация электронов в полупроводнике n-типа,
Дырки в полупроводнике n-типа называют неосновными носителями (их много меньше) рn=pi
Полупроводники n-типа в которых основными носителями являются электроны называют электронными. Для них справедливо соотношение: nnpn=nipi=ni2.
Полупроводники p-типа. Их получают путем введения в собственный 4-х валентный апатомов 3-х валентные примеси. Каждый атом примеси отбирает (присваивает) электрон близлежащего атома собственного полупроводника, в результате чего в полупроводнике образуется свободная дырка, и неподвижный отрицательно заряженный ион атома акцепторной примеси. Примесь создающая свободные дырки называется акцепторной.
Плоская модель кристаллической решётки полупроводника с акцепторной примесью( см рис.).
Дырки являются основными свободными носителями заряда, их концентрация в основном равна концентрации ионов акцепторной примеси pp=NA+piNA pi , где: pp- концентрация дырок в полупроводнике р-типа NA- концентрация атом акцепторной примеси, pi-концентрация дырок в собственном полупроводнике.
Электроны являются неосновными носителями заряда, их концентрация np мала они возникают в результате термогенерации собственного полупроводника, т.е. np=ni.
Полупроводники n-типа в которых основными носителями являются электроны называют электронными. Для них справедливо соотношение: nрpр=nipi=ni2.

nn=ND+niND ni

рn=pi

pp=NA+piNA pi

np=ni

механизма движения зарядов (два - тока):
дрейф и диффузия.
1.

Дрейф- это движение носителей заряда под влиянием электрического поля.
Если между двумя точками есть разность потенциалов , то градиент потенциала Е=d/dx
называется напряженностью поля. Электроны движутся от меньшего потенциала к большему,
а дырки навстречу.
Плотность полного дрейфового тока состоит из электронной и дырочной составляющих:



где: - плотность полного дрейфового тока; и - электронная и дырочная составляющая ; -Vn, Vp – средняя скорость электронов и дырок; qe, qp – заряд электронов и дырок в единице объма полупроводника; n, p – концентрация электронов и дырок в полупроводнике; е и -е – заряд дырки и электрона; n, р – подвижности электронов и дырок (=V/ E); E- напряжённость электрического поля. Отсюда:


где - удельная электропроводность полупроводника. Это выражение называют - закон Ома в дифференциальной форме.
2. Диффузия - это движение носителей под действием градиента концентрации. Диффузия всегда происходит из области c большей концентрации в область c меньшей концентрации.
Плотность тока диффузии дырок и электронов пропорциональна градиенту концентрации т.е. :



(2.13)
где q -заряд электрона, Dp и Dn - коэффициенты диффузии электронов и дырок.
Подвижности и коэффициенты диффузии связаны
соотношением Эйнштейна:Dp = тn, Dn = тp, где т- температурный потенциал.
Если электроны и дырки движутся в одну сторону, то это токи встречные, поэтому и появляется знак минус в одной из формул (2.13).
В общем случае могут присутствовать все четыре составляющих, тогда плотность полного тока равна векторной сумме:
In.др +Ip.др+ In.диф+Ip.диф =0 (2.16)

носителей заряда τn.
Если, за счёт какого-либо внешнего воздействия, в одной

из областей полупроводника создается неравновесная концентрация носителей заряда n, превышающая равновесную концентрацию no, (разность ∆n = п-по называется избыточной концентрацией), то после отключения этого воздействия, за счет диффузии и рекомбинация, избыточный заряд будет убывать по закону n(t)= n0+(n-n0)e-t/. Это приводит к выравниванию концентраций по всему объёму проводника. Время τ, в течение, которого избыточная концентрация ∆n уменьшится в e =2,72 раза (е - основание натуральных логарифмов), называется временем жизни неравновесных носителей.
б) Диффузионная длина.
Если в объме полупроводника левее х0 создать и поддерживать избыточную концентрацию ∆n = п-по , то за счет диффузии она начнет проникать в область х0, одновременно рекомбинируя, а следовательно убывая, по закону n(x)=n0+∆ne-x/Ln Расстояние, Ln на котором избыточная концентрация ∆n = п-по убывает от своего начального значения в e раз называется диффузионной длиной.
Диффузионная длина и время жизни неравновесных носителей заряда связаны соотношением
Ln=(Dn τn)1/2,
где Dn- коэффициент диффузии.
В полупроводниковых приборах размеры кристалла конечны, и на его границе (x=W) нерекомбинировавшие носители удаляются. Тогда граничные условия имеют вид n(x=0)=n0+∆n, n(x=W)=n0), где W— длина кристалла. Ecли WLn, то решение уравнения (2.7) записывается в виде
n(x)=n0+∆n(1- (x/W))
Закон распределения носителей в этом случае линеен (рис. 2.2).

это переходной (граничный) слой между двумя областями полупроводника с различным

физическими свойствами. Различают следующие переходы:
1. Электронно-дырочный или p-n переход - возникает на границе между двумя областями полупроводника с разным типом проводимости.
2. Электронно – электронный (n+-n) и дырочно – дырочный переходы (p+-p) переходы - возникают между областями полупроводника с различной удельной проводимостью. Знаком + - обозначена область, где концентрация свободных носителей заряда выше.
3. Переход на границе металл-полупроводник. Если (Ап/п Ам), то, такой переход обладает выпрямительными свойствами. Он обладает односторонней проводимостью и используется в диодах Шотки.
Если Ап/п Ам, то сопротивление перехода оказывается малым независимо от полярности напряжения на нем. Такой переход называется омический контакт, он используется для создания металлических контактов к областям полупроводника.
4. Гетеропереход - возникает между двумя разнородными полупроводниками, имеющими различную ширину запрещенной зоной.
5. Переход на границе металл- диэлектрик- полупроводник (МДП).
Процессы, протекающие в системе МДП, связаны с эффектом электрического поля. Эффект поля состоит в изменении концентрации носителей заряда, а следовательно и проводимости в приповерхностном слое полупроводника под действием электрического поля создаваемого напряжением Е (рис. .).
Режим обогащения и режим обеднения. Приповерхностный слой с повышенной концентрацией свободных носителей заряда называется обогащенным, а с пониженной концентрацией – обедненным.

диодов, является электронно-дырочный переход (р-n-переход).
Р-n переход представляет собой переходный слой

lp-n (Рис.1.1), между двумя областями полупроводника с разным типом электропроводности, обеднённый свободными носителями заряда со своим диффузионным электрическим полем Едиф, которое возникает за счет контактной разности потенциалов φк, и препятствует диффузии основных носителей заряда, и является ускоряющим для неосновных зарядов

P-n-переход характеризуется двумя основными параметрами:
1. контактная разность потенциалов φк, ее называют высотой потенциального барьера. Это энергия, которой должен обладать свободный заряд, чтобы преодолеть потенциальный барьер:
где Na, ND – концентрация акцепторной и донорной примеси; k — постоянная Больцмана; е — заряд электрона; Т — температура;— концентрации акцепторов и доноров в дырочной и электронной областях соответственно; рр и рn — концентрации дырок в р- и n-областях соответственно; ni — собственная концентрация носителей заряда в нелегированном полупроводнике,
т=кТ/е - температурный потенциал. При температуре Т=270С т=0.025В, а к=0,3 - 0,3В для Ge, и к=0,6 – 0,8В для Si -кремниевого перехода.
2. ширина p-n-перехода lp-n = lp + ln: – это приграничная область, обеднённая носителями заряда, которая располагается в p и n-областях:
где ε — относительная диэлектрическая проницаемость материала полупроводника; ε0 — диэлектрическая постоянная свободного пространства.
Толщина электронно-дырочных переходов имеет порядок lp-n =(0,1-10)мкм, она пропорцианальна напряжению на p-n-переходе и обратно пропорцианальна концентрации примесей в p и n областях..
Если , то и p-n переход называется симметричным, если , то и p-n переход называется несимметричным, причём он в основном располагается в области полупроводника с меньшей концентрацией примеси.

приложенных напряжений:
1). Р-n переход в равновесном состоянии: Up-n= φк, (рис.

а)
Без внешнего напряжения на р и n областях через p-n-переход течет два тока: диффузионной Iдиф и дрейфовой Iдр. Диффузионный ток, создается основными носителями заряда, а дрейфовый ток – неосновными. В равновесном состоянии : Iр-n = Iдиф + Iдр = 0
Это соотношение называют условием динамического равновесия процессов диффузии и дрейфа в изолированном (равновесном) p-n- переходе.







2) Р-n переход смещён в прямом направлении: Up-n= φк-U, (рис. б). Iр-n = Iпр
Инжекция – процесс преобразования основных носителей заряда в неосновные при протекании прямого тока. Ширина p-n- переходе уменьшается: lp-n ~(φк-U)1/2.

3) Р-n переход смещён в обратном направлении: Up-n= φк+U, (рис.в). Iр-n = Iобр
Экстракция – процесс преобразования неосновных носителей заряда в основные при протекании обратного тока. Ширина p-n- переходе увеличивается: lp-n ~(φк+U)1/2.

p–n-перехода
Условие односторонней проводимости:
Iпр>>Iобр или Rпр

зависимость тока перехода от приложенного к нему напряжения i=f(u).
Аналитически, при прямом и обратном смещении ВАХ записывают в виде:
Для наглядности ВАХ представляют в виде графиков (рис.1.3).
Если прямую и обратную ветви строить в одном масштабе, то рис. справо. Из рисунка четко видно, что p-n переход обладает односторонней проводимостью, т. е. Iпр>>Iобр или Rпр<Для определения особенностей прямой и обратной ветви ВАХ их строят в разных масштабах,.
Из графика видно, что прямая ветвь ВАХ диода на основе кремния смещена вправо, а его обратная ветвь имеет ток много меньше, чем ток диода из германия.
Дифференциальное сопротивление p-n перехода при прямом смещении определяется из соотношения rдиф= т/I.
Например, при I=1мА и т=25 мВ rдиф=25 Ом.

p-n-перехода имеются нескомпенсированные электрические заряд свидетельствует о том, что он

обладает ёмкостью. Емкость p-n перехода состоит из двух составляющих -различают барьерную Сбар и диффузионную Сдиф емкости.






а) При обратном смещении преобладает барьерная емкость Сбар>Сдиф.
Она связана с неподвижными ионами примесей, коцентрация которых невелика. Величина этой емкости зависит от величины напряжения U на p-n переходе, от площади перехода П, а также от концентрации примесей.
где –C0 ёмкость, при , - обратное напряжение, - зависит от типа p-n перехода (=1/2 – для резкого, =1/3 – для плавного перехода), ε — диэлектрическая проницаемость полупроводникового материала; П — площадь р-n-перехода.
Модельным аналогом барьерной емкости может служить емкость плоского конденсатора, обкладками которого являются р- и n-области, а диэлектриком служит р-n-переход, практически не имеющий подвижных зарядов. Значение барьерной емкости колеблется от десятков до сотен пикофарад, а изменение этой емкости при изменении напряжения может достигать десятикратной величины.
б) Диффузионная ёмкость, преобладает (Сдиф>>Сбар) при прямом смещении p-n-перехода.
Она характеризуется накоплением неосновных носителей зарядов вблизи p-n-перехода при протекании прямого диффузионного тока (тока инжекции)

где - время жизни неосновных носителей заряда, - время, в течение которого протекает прямой ток Iпр.
Значения диффузионной емкости могут иметь порядок от сотен до тысяч пикофарад.
В целом если сравнивать диффузионную и барьрную емкости Сдиф>>Сбар.

Это связано с тем, что диффузионная емкость связана с прямым, диффузионным током (током основных носителей заряда), который может достигать больших величин.
На практика используется барьерная ёмкость, т.к. диффузионная емкость обладает малой добротностью, поскольку параллельно этой ёмкости включён p-n переход, смещённый в прямом направлении с малым прямым сопротивлением.

называют пробоем p-n-перехода, а напряжение при котором это происходит –

напряжением пробоя.

электрический пробой – обратимый т.е. он не приводит к разрушению р-n-перехода, при снижении обратного напряжения р-n-переход восстанавливает свои свойства;
Он может быть туннельным –кривая 2 или лавинным – кривая 1. Лавинный пробой – возникает за счет лавинного размножения неосновных носителей заряда путем ударной ионизации. Туннельный пробой – возникает за счет перехода электронов из связанного состояния в свободное без сообщения им дополнительной энергии.
2. тепловой –необратимый, приводит к разрушению р-n-перехода - кривая 3.