Введение. Министерство образования Российской Федерации

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.