WWW.DIS.KONFLIB.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

 
<< HOME
Научная библиотека
CONTACTS

Pages:     || 2 | 3 | 4 | 5 |   ...   | 26 |

«ЭЛЕКТРОНИКА Казань 2010 Министерство образования и науки Российской Федерации Федеральное агентство по образованию ГОСУДАРСТВЕННОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ...»

-- [ Страница 1 ] --

Д.В. ПОГОДИН, Р.Г. НАСЫРОВА,

В.В. КРАЕВ, Н.Б. КУНШИНА

ЭЛЕКТРОНИКА

Казань 2010

Министерство образования и науки Российской Федерации

Федеральное агентство по образованию

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ

ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ

«КАЗАНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ им. А.Н. ТУПОЛЕВА»

Д.В. ПОГОДИН, Р.Г. НАСЫРОВА, В.В. КРАЕВ, Н.Б. КУНШИНА

ЭЛЕКТРОНИКА

Учебное пособие по дисциплине «Электротехника и электроника»

Рекомендовано к изданию Учебно-методическим центром КГТУ им. А.Н. Туполева Казань УДК 621.38/39(075) Пог Рецензенты:

кафедра электротехники и электропривода (Казанский государственный технологический университет);

канд. техн. наук Кропачев Г.Ф. (Казанский государственный технологический университет) Погодин Д.В., Насырова Р.Г., Краев В.В., Куншина Н.Б.

Пог 43 Электроника: учебное пособие по дисциплине «Электротехника и электроника» / Казань: Изд-во Казан. гос.

техн. ун-та, 2010. 254 с.

ISBN 978-5-07579-1539- Соответствует типовой программе дисциплины «Электротехника и электроника», которая принята для студентов, обучающихся по специальностям 2201, 2202, 2205, 2008, 2007. Предназначено для студентов, обучающихся на очном, очно-заочном (вечернем) и дистанционном отделениях.

Ил. 242. Табл. Библиогр.: 6 назв.

УДК 621.38/39(075) © Изд-во Казан. гос. техн. ун-та, © Д.В. Погодин, Р.Г. Насырова, ISBN 978-5-07579-1539- В.В. Краев, Н.Б. Куншина, Глава 1. ФИЗИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ

ПОЛУПРОВОДНИКОВЫХ ПРИБОРОВ

1.1. Электропроводность полупроводников Электропроводность – это свойство веществ проводить электрический ток; электрический ток – направленное движение свободных носителей заряда. Электропроводность веществ количественно характеризуется удельным электрическим сопротивлением (Омсм) или определяется концентрацией n (см–3) свободных носителей заряда в веществе, т.е. числом электронов в единице объема (эл/см3).

В зависимости от способности проводить электрический ток все твердые вещества делятся на три группы: проводники (металлы), полупроводники (п/п) и диэлектрики (рис. 1.1).

Рис. 1.1. Классификация веществ по способности проводить ток К полупроводникам принято относить материалы, у которых удельное электрическое сопротивление при комнатной температуре составляет 103 – 109 Омсм. Важнейшим признаком полупроводников является сильная зависимость их электрического сопротивления от температуры, степени освещенности, уровня облучения ионизирующим излучением, количества примесей и т.д.

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:

1) чистые (собственные, беспримесные или полупроводники i-типа) – это полупроводники, состоящие из атомов одного сорта;

2) примесные (легированные) – в них часть атомов собственного полупроводника заменяется на атомы другого вещества (полупроводника). Процесс введения примесей в полупроводник называется легированием. Поэтому примесные полупроводники называются легированными.

1.1.1. Собственные полупроводники Атомы собственного полупроводника располагаются в пространстве в строго определенном порядке, образуя кристаллическую решетку с регулярной структурой. Она возникает при соседними атомами (такая связь называется ковалентной). Плоская модель кристаллической решетки собственного четырехвалентного полупроводника (например, германия) приведена на рис. 1.2.

Рис. 1.2. Плоская модель кристаллической решетки собственного четырехва- нет. Все электроны участвуют в образолентного полупроводника вании ковалентной связи, и полупроводник является диэлектриком. С повышением температуры электроны приобретают дополнительную энергию и некоторые из них покидают ковалентные связи, становясь свободными. Незаполненная ковалентная связь заполняется одним из валентных электронов соседнего атома. На месте этого электрона образуется новая незаполненная связь, и далее процесс повторяется. Свободная ковалентная связь называется вакансией, ее можно рассматривать как свободный положительный носитель заряда, который называют дыркой.

Процесс образования свободного электрона и дырки называется генерацией. Свободные электроны, двигаясь по объему полупроводника, теряют часть своей энергии и могут занимать место дырки. Этот процесс взаимного исчезновения электрона и дырки называется рекомбинацией. В результате рекомбинации электрон и дырка перестают существовать. В чистом беспримесном полупроводнике (их называют полупроводниками i-типа) всегда выполняется условие где ni и pi – соответственно концентрация электронов и дырок в полупроводнике; А – постоянный коэффициент; Т – температура по шкале Кельвина; E – ширина запрещенной зоны (это энергия, которую должен приобрести электрон, чтобы разорвать ковалентную связь и стать свободным, она зависит от материала полупроводника и составляет 0,803 эВ для Ge, для Si – 1,12 эВ, а для GaAs – 1,43 эВ; k – постоянная Больцмана).



Чистые полупроводники при создании полупроводниковых приборов практически не используются, так как их свойства зависят только от температуры и других внешних факторов.

1.1.2. Примесные полупроводники При создании полупроводниковых приборов обычно используют примесные полупроводники, поскольку их электропроводность в основном определяется концентрацией введенной примеси и лишь незначительно зависит от дестабилизирующих факторов.

В зависимости от характера введенной примеси примесные полупроводники бывают двух типов: n- и p-типа.

Полупроводники n-типа. Их получают введением в собственный, обычно четырехвалентный полупроводник атомов пятивалентной примеси. Каждый атом такой примеси создает свободный электрон. Примесь, создающая свободные электроны, называется донорной.

Плоская модель кристаллической решетки четырехвалентного полупроводника с донорной примесью показана на рис. 1.3, а.

Атом примеси, занимая узел кристаллической решетки, оказывается в окружении атомов собственного полупроводника. Четыре электрона атома примеси идут на образование ковалентной связи с соседними атомами собственного полупроводника, а пятый, благодаря малой энергии ионизации, уже при невысокой температуре оказывается свободным.

Рис. 1.3. Плоская модель кристаллической решетки четырехвалентного полупроводника с примесью: а – донорной; б – акцепторной В результате такого ухода электрона, в полупроводнике n-типа возникают два вида основных зарядов: свободный (подвижный) отрицательно заряженный электрон и неподвижный положительно заряженный ион донорной примеси. В целом, такой полупроводник остается электрически нейтральным.

В полупроводнике n-типа основными свободными носителями заряда являются электроны, их концентрация становится равной здесь ND – концентрация атомов донорной примеси; nn – концентрация электронов в полупроводнике n-типа; ni – концентрация электронов в собственном полупроводнике. Отсюда следует, что концентрация электронов в основном определяется концентрацией атомов донорной примеси. Полупроводники, в которых основными носителями являются электроны, называют электронными или полупроводниками n-типа.

Концентрация дырок в полупроводнике n-типа определяется дырками, которые возникают в результате термогенерации в собственном полупроводнике, т.е. рn = pi. Концентрация дырок во много меньше концентрации электронов, поэтому дырки называют неосновными носителями.

Для электронного полупроводника (n-типа) справедливо соотношение nn pn = ni pi = ni2.

Полупроводники p-типа. В них в качестве примеси используются трехвалентные вещества. В результате введения примеси каждый ее атом отбирает (присваивает) электрон близлежащего атома собственного полупроводника, в результате чего в полупроводнике образуется дырка. Такая примесь называется акцепторной.

Плоская модель кристаллической решетки полупроводника с акцепторной примесью приведена на рис. 1.3, б. Связь атома примеси с четвертым атомом собственного полупроводника оказывается незаполненной. Однако на нее сравнительно легко могут переходить электроны соседних атомов собственного полупроводника. В результате такого перехода образуются два заряда: свободный (подвижный) положительно заряженный заряд – дырка на месте, откуда ушел электрон, и неподвижный отрицательно заряженный ион акцепторной примеси.

Дырки являются основными свободными носителями заряда, их концентрация в основном равна концентрации ионов акцепторной примеси где pp – концентрация дырок в полупроводнике р-типа; NA – концентрация атомов акцепторной примеси; pi – концентрация дырок в собственном полупроводнике.

Электроны являются неосновными носителями заряда, их концентрация np определяется электронами ni, образующимися в результате термогенерации собственного полупроводника, т.е. np = ni.

Для дырочного полупроводника (р-типа) справедливо соотношение nр pр = ni pi = ni2.

1.1.3. Токи в полупроводнике. Дрейф и диффузия В полупроводнике возможны два механизма движения зарядов (создания тока): дрейф и диффузия.

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.

Рассмотрим объем полупроводника, в котором имеются свободные электроны и дырки. Приложим к нему внешнее напряжение U, создающее в нем электрическое поле напряженностью Е (рис. 1.4). Электроны движутся от меньшего потенциала к большему, а дырки навстречу. Плотность полного дрейфового тока I др состоит из электронной и дырочной составляющих:

где I n др и I p др – электронная и дырочная составляющая I др ; Vn, Vp – средняя скорость электронов и дырок; qe, qp – заряд электронов и дырок в единице объема полупроводника; n, p – концентрация электронов и дырок в полупроводнике; е, -е – заряд дырки и электрона; µn, µр – подвижность электронов и дырок (µ = V/E );

E – напряженность электрического поля, отсюда где – удельная электропроводность полупроводника. Подвижности электронов и дырок, их значения для германия и кремния приведены в табл. 2.1.

Диффузия – это движение носителей под действием градиента концентрации. Если в полупроводнике в направлении х (рис.

1.5) имеется неравномерное распределение концентрации заряда, то под действием теплового движения (которое направлено на выравнивание концентрации) возникнет движение зарядов из области высокой концентрации заряда в область низкой. Градиентом концентрации электронов называют производную по направлению – dn /dx, а градиентом концентрации дырок – dр /dх.

Рис. 1.4. Модель полупроводника Рис. 1.5. Убывание зарядов Диффузия всегда происходит из области большей концентрации в область меньшей. Плотность тока диффузии дырок и электронов пропорциональна градиенту концентрации, т.е.:

где q – заряд электрона; Dp и Dn – коэффициенты диффузии электронов и дырок. Подвижности и коэффициенты диффузии связаны соотношением Эйнштейна: Dp = тµn, Dn = тµp, где т – температурный потенциал.

Если электроны и дырки движутся в одну сторону, то это токи встречные, поэтому и появляется знак минус.



Pages:     || 2 | 3 | 4 | 5 |   ...   | 26 |
 

Похожие работы:

«Учебные пособия Векторный анализ для инженеров электриков и радистов: учебное пособие /Б.К.Пчелин; под ред. Ю.А.Самохина.- 3-е издание; НГТУ им.Р.Е.Алексеева.- Нижний Новгород, 2009.-223с Изложение векторного анализа, необходимо специалистам электротехнического профиля, построено в органической связи с задачами теории электромагнитного поля. Большое внимание наряду с достаточно строгим и полным изложением курса векторного анализа обращено на физический смысл рассматриваемых понятий. Дано...»

«ПРОЕКТИРОВАНИЕ СИСТЕМ УПРАВЛЕНИЯ Омск-2010 Федеральное агентство по образованию ГОУ ВПО Сибирская государственная автомобильно-дорожная академия (СибАДИ) Кафедра автоматизации производственных процессов и электротехники ПРОЕКТИРОВАНИЕ СИСТЕМ УПРАВЛЕНИЯ Методические указания к выполнению лабораторных работ по дисциплине Проектирование систем управления для студентов, обучающихся по специальности 220301 Автоматизация технологических процессов и производств Составители: В. А. Глушец, С.А....»

«ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ МОСКОВСКИЙ ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЙ ИНСТИТУТ (ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ) В.И.ВИССАРИОНОВ, Г.В.ДЕРЮГИНА, В.А.КУЗНЕЦОВА, Н.К.МАЛИНИН СОЛНЕЧНАЯ ЭНЕРГЕТИКА Учебное пособие для вузов Под редакцией В.И.Виссарионова Допущено Учебно-методическим объединением вузов России по образованию в области энергетики и электротехники в качестве учебного пособия для студентов высших учебных заведений, обучающихся по напрвлению Электроэнергетика Москва Издательский дом МЭИ 2008 УДК БУДК:621....»

«Министерство образования и науки Российской Федерации Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования Амурский государственный университет Кафедра автоматизации производственных процессов и электротехники (наименование кафедры) УЧЕБНО-МЕТОДИЧЕСКИЙ КОМПЛЕКС ДИСЦИПЛИНЫ ВЫЧИСЛИТЕЛЬНЫЕ МАШИНЫ, СИСТЕМЫ И СЕТИ (наименование дисциплины) Основной образовательной программы по направлению подготовки (специальности) 220301 Автоматизация...»

«2163 МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования ЛИПЕЦКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ Кафедра электрооборудования ИССЛЕДОВАНИЕ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ АППАРАТОВ УПРАВЛЕНИЯ И ЗАЩИТЫ МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ к лабораторной работе № 9 по курсу Электротехника и электроника Для студентов неэлектротехнических специальностей Составители: А. А. Красичков, Е. В. Чуркина Издательство ЛГТУ УДК 621.31 (07) К...»

«ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ ГОСУДАРСТВЕННОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ НИЖЕГОРОДСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ ИМ. Р.Е. АЛЕКСЕЕВА Кафедра “Теоретическая и общая электротехника” ЛАБОРАТОРНЫЕ РАБОТЫ ПО ЭЛЕКТРОТЕХНИКЕ И ОСНОВАМ ЭЛЕКТРОНИКИ В ПРОГРАММЕ Multisim Analog Devices Edition Методические указания к лабораторным работам для студентов не электротехнических специальностей всех форм обучения Нижний Новгород 2013 Составили: А.А....»

«КАЛИНИНГРАДСКИЙ ПОГРАНИЧНЫЙ ИНСТИТУТ ФЕДЕРАЛЬНОЙ СЛУЖБЫ БЕЗОПАСНОСТИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ КАФЕДРА ЭЛЕКТРОМЕХАНИКИ В.И. ГНАТЮК, С.В. ХАНЕВИЧ С.Н. ГРИНКЕВИЧ МЕТОДИЧЕСКИЕ РЕКОМЕНДАЦИИ ДЛЯ ПОДГОТОВКИ К ЭКЗАМЕНУ ПО ТОЭ 2004 ББК 68.516 Г 56 УДК 62:1+681.51 Рецензент – Л.И. Двойрис, доктор технических наук, профессор Гнатюк В.И., Ханевич С.В., Гринкевич С.Н. Методические рекомендации для подготовки к экзамену по ТОЭ. – Калининград: КПИ ФСБ РФ, 2004. – 44 с. Излагаются рекомендации для подготовки к...»

«Сведения об учебно-методической, методической и иной документации, разработанной образовательной организацией для обеспечения образовательного процесса по специальности 140211.65 Электроснабжение № Наименование дисциплины Наименование учебно-методических, методических и иных материалов (автор, место издания, год п/п по учебному плану издания,тираж) 1) Учебно-методический комплекс по дисциплине Иностранный язык, 2009г. 2) Методическое пособие для студентов ф-та электрификации. Н.С. Аракелян,...»

«Н.С. КУВШИНОВ, В.С. ДУКМАСОВА ПРИБОРОСТРОИТЕЛЬНОЕ ЧЕРЧЕНИЕ Допущено НМС по начертательной геометрии, инженерной и компьютерной графике при Министерстве образования и науки РФ в качестве учебного пособия для студентов вузов электротехнических и приборостроительных специальностей УДК 744(075.8) ББК 30.11 К88 Рецензенты: А.А. Чекмарев, д-р пед. наук, проф., И.Г. Торбеев, доц., канд. техн. наук, С.А. Хузина, доц., канд. пед. наук Кувшинов Н.С. К88 Приборостроительное черчение: учебное пособие /...»

«МИНИСТЕРСТВО СЕЛЬСКОГО ХОЗЯЙСТВА И ПРОДОВОЛЬСТВИЯ РЕСПУБЛИКИ БЕЛАРУСЬ Учреждение образования БЕЛОРУССКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ АГРАРНЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ Кафедра электротехники ЭЛЕКТРОТЕХНИКА И ЭЛЕКТРОНИКА МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ К ЛАБОРАТОРНЫМ РАБОТАМ МИНСК 2007 УДК 621.3 + 621.38] (07) ББК 31.2 я7 + 32.85 я7 Э 45 Методические указания к лабораторным занятиям по дисциплине Электротехника и электроника рассмотрены на заседании методической комиссии агроэнергетического факультета и рекомендованы к...»




 
© 2013 www.dis.konflib.ru - «Бесплатная электронная библиотека»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.