ЭЛЕКТРОНИКА
Утверждено
Редакционно-издательским советом университета
в качестве учебного пособия
Часть 1
Новосибирск
УДК 621.38(075.8)
Р 173
Рецензент: д-р техн. наук, проф. В.А. Хрусталев
Разинкин, В.П.
Р 173 Электроника: учеб. пособие / В.П. Разинкин, И.С. Тырышкин. – Новосибирск: Изд-во НГТУ, 2006. – Ч. 1. – 48 с.
ISBN 5-7782-0657-7
Учебное пособие предназначено для студентов, обучающихся по направлениям Радиотехника и Телекоммуникации, и включает в себя четыре раздела.
В разделе «Электрофизические свойства полупроводников» дано описание физических процессов, проходящих в полупроводниковых материалах. Раздел «Оптические свойства полупроводников» посвящен явлениям, которые имеют место при взаимодействии полупроводников с электромагнитными излучениями. В разделе «Контактные явления» основное внимание уделяется свойствам p - n -переходов. Вместе с тем дается описание других полупроводниковых структур: металл-полупроводник, гетеропереходы, МДП. В разделе «Типовые технологические процессы» перечислены основные технологические операции, проводимые при обработке полупроводниковых материалов. Даны их краткие характеристики.
УДК 621.38(075.8)
ISBN 5-7782-0657-7 © Разинкин В.П., Тырышкин И.С., 2006
© Новосибирский государственный
технический университет, 2006
ОГЛАВЛЕНИЕ
1. электрофизические свойства полупроводников..................... 5
1.1. Основные свойства полупроводников.................................... 5
1.2. Дефекты кристаллической решетки....................................... 6
1.3. Носители электрического заряда............................................ 7
1.4. Энергетические уровни и зоны............................................. 10
1.5. Переходы носителей заряда между зонами и уровнями..... 12
1.6. Концентрация носителей заряда........................................... 13
1.7. Время жизни носителей заряда............................................. 16
1.8. Электропроводность полупроводников............................... 17
1.9. Зависимость концентрации носителей заряда и положения
уровня Ферми от температуры............................................ 18
1.10. Зависимость подвижности носителей заряда
и удельной проводимости от температуры......................... 20
1.11. Эффект поля........................................................................ 21
2. Оптические свойства полупроводников................................. 23
2.1. Поглощение света................................................................. 23
2.2. Люминесценция полупроводников....................................... 24
2.3. Фоторезистивный эффект..................................................... 25
2.4. ЭДС в полупроводнике......................................................... 26
3. Контактные явления.................................................................. 27
3.1. Электронно-дырочный переход........................................... 27
3.2. Ток через p–n -переход.......................................................... 28
3.3. Прямое включение p–n -перехода......................................... 29
3.4. Обратное включение p–n -перехода...................................... 29
3.5. Вольт-амперная характеристика (ВАХ) идеализированного
p–n -перехода......................................................................... 30
3.6. Зонная (энергетическая) диаграмма p–n -перехода.............. 30
3.7. Отличия ВАХ реального и идеализированного
p–n- переходов....................................................................... 32
3.8. Пробой p–n -перехода............................................................ 33
3.9. Зависимость ВАХ p–n -перехода от температуры............... 34
3.10. Зависимость ВАХ p–n -перехода от материала
полупроводника.................................................................... 35
3.11. Емкость p–n -перехода......................................................... 36
3.12. Контакт металл–полупроводник........................................ 37
3.13. Гетеропереходы.................................................................. 39
3.14. Структура металл – диэлектрик – полупроводник................ 40
4. Типовые технологические процессы....................................... 42
4.1. Подготовительные операции................................................ 42
4.2. Эпитаксия............................................................................... 42
4.3. Термическое окисление........................................................ 43
4.4. Диффузия............................................................................... 44
4.5. Ионная имплантация............................................................. 44
4.6. Травление............................................................................... 45
4.7. Техника масок........................................................................ 46
4.8. Металлизация........................................................................ 46
Список литературы.......................................................................... 47
 |
1. ЭЛЕКТРОФИЗИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА
ПОЛУПРОВОДНИКОВ
Основные свойства полупроводников
Полупроводник – вещество, основным свойством которого является сильная зависимость удельного сопротивления от воздействия внешних факторов: температуры, электрического и магнитного полей, светового и ионизирующего излучения.
При комнатной температуре удельное сопротивление полупроводников лежит в пределах от 10–4 до 1010 Ом·см. Полупроводники, как правило, твердые тела с регулярной кристаллической структурой – монокристаллы. Их кристаллическая решетка состоит из множества повторяющихся и примыкающих друг к другу элементарных ячеек той или иной формы и размера. Например, у германия (Ge) и кремния (Si) решетка состоит из тетраэдров с расстоянием между смежными атомами около 0,25 нм.
Связь атомов в кристаллической решетке обусловлена специфическими силами, возникающими в результате попарного объединения валентных электронов смежных атомов. Такая связь (при которой каждый из атомов остается нейтральным) называется ковалентной.
Регулярность структуры кристалла приводит к зависимости его свойств от направления в кристаллической решетки, т. е. анизотропии. Направление в решетке принято задавать с помощью кристаллографических осей и кристаллографических плоскостей. Эти оси и плоскости обозначают трехзначными индексами Миллера.
Применительно к простейшей кубической решетке соотношения между кристаллическими плоскостями и индексами Миллера приведены на рис. 1.1.
Кроме кристаллических существуют аморфные вещества, т.е. бесструктурные. Их характерная особенность – отсутствие однозначной температуры плавления: переход от жидкого состояния к твердому осуществляется плавно и сопровождается постепенным увеличением вязкости. Так же плавно происходит переход от твердого состояния к жидкому.
Рис. 1.1. Кристаллографические плоскости
Типичными представителями являются разного рода стекла, в том числе обычное стекло на основе двуокиси кремния (SiO2).
Из числа полупроводников к аморфным телам относятся халькогенидные стекла – соединения кремния с халькогенидными элементами: вольфрамом, теллуром и др. Производство аморфных полупроводников значительно дешевле и проще, чем монокристаллических. Кроме того, они меньше подвержены радиационным эффектам. Однако из-за плохой воспроизводимости и стабильности свойств они находят ограниченное применение.
