В.И.Елфимов, Н.С.Устыленко
ОСНОВЫ ТЕОРИИ p-n ПЕРЕХОДА
Министерство образования Российской Федерации
Уральский государственный технический университет
В.И.Елфимов, Н.С.Устыленко
Основы теории p-n перехода.
Учебное пособие
Научный редактор – доц., канд. техн. наук А.А.Калмыков
Екатеринбург 2000
УДК 621.381
ББК 32.8
О 75
Рецензенты:
Кафедра информатики Уральской Государственной Горно-геологической Академии (зав. кафедрой – проф., д.т.н. Носырев М.Б.);
Главный конструктор КБ «Экологическая и медицинская аппаратура» ГУП ПО «Октябрь», к.т.н. Кубланов В.С.
Авторы: В.И.Елфимов, Н.С.Устыленко
О 75 ОСНОВЫ ТЕОРИИ p-n ПЕРЕХОДА: Учебное пособие / В.И.Елфимов, Н.С.Устыленко. Екатеринбург: ООО ”Изд-во УМЦ УПИ”, 2000, 55 с.
Учебное пособие содержит описания физических процессов, возникающих при образовании p-n перехода, равновесного и неравновесного состояния p-n перехода, вольтамперных характеристик идеального p-n перехода, различных типов пробоев. Рассматривается влияние температуры и свойств материала на характеристики перехода.
Пособие составлено в соответствии с программой курса «Физические основы электроники» и отвечает всем требованиям, принятым на кафедре «Радиоэлектроника информационных систем» УГТУ-УПИ.
Для студентов радиотехнических специальностей всех форм обучения.
Библиогр.: 11 назв. Рис. 28. Табл.1.
Оглавление
Введение........................................................................................................................ 4
1. Физические процессы в p-n переходе............................................. 5
1.1. Понятие электронно-дырочного перехода................................................ 5
1.2. Равновесное состояние p-n перехода.......................................................... 5
1.2.1. Образование p-n перехода........................................................................ 5
1.2.2. Токи в p-n переходе в равновесном состоянии................................. 10
1.2.3. Контактная разность потенциалов...................................................... 12
1.2.4. Энергетическая диаграмма p-n перехода в равновесном состоянии 16
1.3. Неравновесное состояние p-n перехода................................................... 18
1.3.1. Прямосмещенный p-n переход.............................................................. 18
1.3.2. Обратносмещенный p-n переход.......................................................... 22
2. Идеальный p-n переход.............................................................................. 25
2.1 Основные соотношения для идеального p-n перехода......................... 25
2.2. Вольтамперная характеристика идеального p-n перехода................ 28
3. Вольтамперная характеристика реального p-n перехода 31
3.1. Прямая ветвь ВАХ реального p-n перехода............................................ 31
3.2. Обратная ветвь ВАХ реального p-n перехода........................................ 35
4. Виды пробоев p-n перехода.................................................................... 42
4.1. Общая характеристика пробоя p-n перехода......................................... 42
4.2. Тепловой пробой p-n перехода................................................................... 43
4.3. Полевой пробой............................................................................................... 46
4.4. Лавинный пробой............................................................................................ 49
5. Вопросы для самопроверки.................................................................. 52
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ........................................................................................... 54
Введение
Развитие полупроводниковой электроники стало возможно благодаря фундаментальным достижениям в области квантовой теории твердого тела и физики полупроводников. В основе работы полупроводниковых электронных приборов и устройств лежат следующие важнейшие свойства полупроводников:
· одновременное существование двух типов подвижных носителей заряда (отрицательных – электронов проводимости и положительных – дырок), что обуславливает два типа электропроводности – электронную и дырочную;
· сильная зависимость величины и типа электропроводности от концентрации и типа атомов примеси;
· высокая чувствительность свойств полупроводников к внешним воздействиям (свет, тепло, электрические и магнитные поля, механические напряжения и т.д.);
· возникновение на границе областей полупроводника с различными типами электропроводности электронно-дырочного перехода (p-n перехода).
Решающее значение для полупроводниковой электроники имеет эффект управления током закрытого перехода с помощью тока открытого перехода, а также эффект модуляции проводимости приповерхностного слоя полупроводника поперечным электрическим полем. Именно на основе этих эффектов работают полупроводниковые приборы основного типа – биполярные и полевые транзисторы, которые определили коренные изменения в радиоэлектронной аппаратуре и ЭВМ и обеспечили широкое применение систем автоматического управления в технике.
Знание физических процессов, проходящих в электронно-дырочном переходе, обеспечит понимание работы диодов, тиристоров, биполярных и полевых транзисторов, что является необходимым условием для освоения схемотехники аналоговых устройств и инженерных методов расчета электронных схем.
