32-2. Előadás (folytatás)

A modern elektronikai technológiában a félvezető eszközök kivételes szerepet játszanak. Az elmúlt három évtizedben szinte teljesen felcserélték az elektromos elszívóberendezést. Bármely félvezető eszközben egy vagy több elektronsugaras csomópont van.

Az elektron-lyuk átmenet (vagy az n-p-csomópont) a két vezetőképességű félvezető közötti interfész.

Egy n típusú félvezetőben a szabad töltés fő hordozói elektronok; koncentrációjuk sokkal nagyobb, mint a lyukak koncentrációja (nn >> np). P-típusú félvezetőben a fő hordozók lyukak (np >> nn). Ha két n- és p-típusú félvezető érkezik, akkor a diffúziós folyamat megkezdődik: a p-régióból származó lyukak az n-régióra, míg az elektronok éppen ellenkezőleg, az n-régiótól a p-régióig terjednek. Ennek eredményeképpen az n-régióban, az érintkezési zóna közelében az elektron koncentrációja csökken, és pozitív töltésű réteg keletkezik. A p-régióban a lyukkoncentráció csökken és negatív töltésű réteg jelenik meg. Így a félvezetők határán kettős elektromos réteg alakul ki, amelynek elektromos mezője megakadályozza az elektronok és lyukak egymás felé történő elterjedését.

A gátréteg a különböző vezetőképességű félvezetők határtartománya.

A gátréteg általában eléri a tíz és több száz interatom közötti távolság vastagságát. Ennek a rétegnek a térfogati töltései az U3 blokkolófeszültséget hoznak létre a p és n régiók között. megközelítőleg 0,35 V-nak a germánium n-p csomópontokhoz és 0,6 V szilikonnal.

Az n-p csomópont egyoldalú vezetőképességgel rendelkezik.

Ha az áramforráshoz n-p csatlakozású félvezető van csatlakoztatva úgy, hogy a forrás pozitív pólusa az n-régióhoz kapcsolódik. és negatív - a p-régióval, akkor a barrierréteg térerőssége nő. A p-régióban és az n-régióban lévő elektronok lyukai eltolódnak az n-p csomópontból, ezáltal növelve a kisebbségi hordozók koncentrációját a gátrétegben. Az áram az n-p csomóponton keresztül alig halad. Az n-p csomópontra alkalmazott feszültséget ebben az esetben inverznek nevezzük. Nagyon kicsi fordított áram csak a félvezető anyagok belső vezetőképességének köszönhető, vagyis a p-régióban lévő kis elektronok kis koncentrációja és az n-régióban lévő lyukak miatt.

Ha az n-p kapcsolódás a forráshoz csatlakozik, úgyhogy a forrás pozitív pólusa a p-régióhoz kapcsolódik. és negatív az n-régióval, akkor csökken a villamos térerő a zárórétegben, ami megkönnyíti a fő hordozóknak az érintkezési rétegen keresztüli átmenetét. A p-régióból és az n-régióból származó, egymás felé mozogó lyukak keresztezik az n-p csomópontot, és áramot hoznak létre előrefelé. Ebben az esetben az n-p csatlakozáson átfolyó áram nő a forrásfeszültség növelésével.

Az n-p csomópont képes átadni az áramot csak egy irányba, a félvezető diódákon.

A félvezető diódák félvezető eszközök, amelyek egy n-p-csomóponttal rendelkeznek.

A félvezető diódák szilícium vagy germánium kristályokból készülnek. Ha valamilyen vezetőképességű kristályba kerülnek, a szennyeződés megolvad, másfajta vezetőképességet biztosítva.

Az ábrán egy tipikus áram-feszültség jellemzi a szilícium-diódát.

Volt-amper egy szilíciumdióda.
A diagram különböző skálákat használ a pozitív és negatív stresszekhez.

A félvezető diódák számos előnnyel rendelkeznek a vákuumdiódákhoz képest - kis méret, hosszú élettartam, mechanikai tartósság. A félvezető diódák jelentős hátránya a paraméterek függése a hőmérsékleten. A szilícium-diódák például csak a -70 ° C és 80 ° C közötti hőmérséklet-tartományban képesek kielégítően működni. A germánium diódák esetében az üzemi hőmérséklet tartomány némileg szélesebb.

Félvezető diódákat használnak az egyenirányítókban, hogy AC-t DC-be alakítsanak.

A tranzisztorok két n-p-csomópontú félvezető eszközök.

Általában a germániumot és a szilíciumot tranzisztorok létrehozására használják. A tranzisztorok két típusból állnak: p-n -p-tranzisztorok és n-p-n tranzisztorok.

1. p-n -p-tranzisztorok. A p-n-p típusú germánium tranzisztor egy kis germánium lemez, mely donor-szennyeződéssel rendelkezik, vagyis egy n-típusú félvezető. Ebben a lemezben két, akceptor-szennyeződéssel rendelkező régiót hoznak létre, azaz olyan területeket, amelyeknek lyukvezető képessége van.

A struktúra tranzisztora p - n - p.

A tranzisztoros lemezt alapnak (B) nevezzük, amely az ellenkező vezetőképességű régiók egyikét jelenti - a kollektor (K), a második - az emitter (E). Általában a kollektor térfogata meghaladja az emitter hangerejét. A különböző szerkezetek hagyományos jelölésénél az emitter nyíl mutatja a tranzisztoron átfolyó áram irányát.

1. n -p-n tranzisztorok. Az n-p-n tranzisztorban a fő germánium lemeznek p-típusú vezetőképessége van, és a rajzolt két régió az n típusú típus vezetőképessége.

Az n - p - n struktúra tranzisztora.

A tranzisztor mindkét n-p átmenete két áramforráshoz kapcsolódik. Az 1. ábrán. Az 5. ábrán látható a p-n-p-tranzisztor áramkörének beépítése. Az "emitter-bázis" átmenet bekapcsolódik az előremenő (átbocsátó) irányba (emitter áramkör), és a "kollektor-bázis" átmenet a reteszelési irányba (kollektor-áramkör) van.

Amíg az emitter áramkör nyitva van, a gyűjtőkörben lévő áram nagyon kicsi, hiszen az alap és a gyűjtőben lévő lyukakhoz tartozó ingyenes töltéselektronok fő hordozói esetében az átmenet zárolva van.

Amikor az emitteráramkör zárva van, a lyukak - az emitterben lévő fő töltéshordozók - áthaladnak belőle az alapba, és ebben az áramkörben emitteráramot hoznak létre. De az emitter bázisába eső lyukaknál a gyűjtőkörben lévő nP csomópont nyitva van. A lyukak többségét az átmenet területe rögzíti, és behatol a kollektorba, így létrehozva az Ik kollektor áramot. Annak érdekében, hogy a kollektoráram gyakorlatilag egyenlő legyen az emitterárammal, a tranzisztor alapja nagyon vékony réteg formájában készül. Ha megváltozik az emitteráramban lévő áram, akkor a kollektor áramerőssége is változik.

Ha az emitter áramkörben van egy váltakozó feszültségforrás (5. ábra), akkor az R ellenálláson váltakozó feszültség keletkezik. A kollektor áramkörben, amelynek amplitúdója sokszor meghaladja a bemeneti jel amplitúdóját. Következésképpen a tranzisztor AC feszültségerősítőként szolgál.

Azonban egy ilyen erősítő áramkör a tranzisztoron nem hatékony, mivel nem erősíti meg az áramjelet, és a teljes emitteráram áramlik a bemeneti jelforrásokon keresztül. A tranzisztorok erősáramú áramkörében a váltakozó feszültség forrása be van kapcsolva, így csak a bázis Ib = Ie-Ik áramlása áramlik keresztül rajta. Az alapáram kis változásai jelentős változásokat okoznak a kollektoráramban. Az áramkörök jelenlegi nyeresége több száz lehet.

Félvezető eszközök alkalmazása.

A félvezetőkben egyértelműen fejeződik ki az elektromos vezetőképesség hőmérsékleten való függése: minél magasabb a félvezető hőmérséklete, annál jobb áramot vezet. Az effektuson alapuló eszközöket termikus ellenállásoknak vagy termisztoroknak nevezik. A termisztorok óriási alkalmazást találtak a mérnöki, gyógyszerészeti és mezőgazdaság területén. Ezeket a hőmérsékleteket különböző gépek és egységek hőmérsékletének mérésére használják, ahol állandó hőmérséklet és az ehhez kapcsolódó fizikai mennyiségek szükségesek. A termisztorok segítségével meghatározzák a talaj hőmérsékletét különböző mélységben. Az érzékeny termisztorokat közvetlenül a véredénybe injektálhatjuk. Ezeknek az eszközöknek az érzékenysége annyira nagy, hogy a sugárzó energia-vevőkészülékek (bolométerek) előállításán alapulnak.

Jelenleg a rádióelektronikában széles körben használják a félvezető eszközöket, mivel számos értékes tulajdonságuk van: hosszú élettartam, kis méret, magas mechanikai szilárdság és alacsony energiafogyasztás.

A modern technológia lehetővé teszi félvezető eszközök - diódák, tranzisztorok, félvezető fotodetektorok stb. Előállítását - néhány mikrométer méretű.

A félvezetők használata forradalmasította a rádiózást. A rádiódák olyan miniatűr lettek, hogy lehetővé váltak az úgynevezett mikromodulák tipográfiai előállítása. A mikromodulok vékony levelek, amelyeken vannak nyomtatott diódák, triódák, ellenállások, indukciós tekercsek és a rádiókörök egyéb elemei. A mikromodulák különböző kombinációinak felhasználásával előre meghatározott paraméterekkel előállíthatók rádióberendezések.

Az elektronikai technológia minõségileg új szakasza a mikroelektronika fejlesztése volt. amely az integrált mikroáramkörök fejlesztésével és alkalmazási elveivel foglalkozik.

Az integrált mikroáramkör nagyszámú összekapcsolt elem - ultra-kisméretű diódák, tranzisztorok, kondenzátorok, ellenállások, egyetlen technológiai folyamatban gyártott összekötő vezetékek kombinációjával - egyetlen chipen.

Egy 1 cm2-es méretű chip több százezer mikroelemet tartalmazhat.

A mikrochipek használata a modern elektronikai technológia számos területén forradalmi változásokhoz vezetett. Ez különösen az elektronikus számítástechnika területén nyilvánul meg. Egy olyan nehézkes számítógép helyett, amely több tízezer elektronikus csövet és teljes épületet foglal el, személyi számítógépek érkeztek.

A félvezetők egyre fontosabbá válnak, gazdagítják a fizikát, a kémiát, a biológiát és más tudományokat. A félvezetők vizsgálata még nem fejeződött be, és ma sem lehetséges teljes mértékben megjósolni a félvezető fizika fejlődését