Urządzenia półprzewodnikowe

Transkrypt

1 Urządzenia półprzewodnikowe Diody: - prostownicza - Zenera - pojemnościowa - Schottky'ego - tunelowa - elektroluminescencyjna - LED - fotodioda półprzewodnikowa Tranzystory - tranzystor bipolarny - tranzystor unipolarny (tranzystor polowy) - fototranzystor Lasery półprzewodnikowe Hallotron Termistor

2 Złącze p-n Równanie Poissona lokalny potencjał elektrostatyczny 2 φ e εε () ( + r = N + p N n) 0 D A Wyrównanie energii Fermiego po obu stronach złącza

3 Złącze p-n sytuacja równowagowa Po obu stronach łącza tworzą się obszary zubożone w nośniki. Siły kulombowskie zapobiegają dalszemu transportowi nośników. V D e różnica położenia dna pasma przewodzenia między obszarem p i n = D A D A D n N N N N e V d εε = D A A D D p N N N N e V d εε Szerokości stref: model Schottky ego (rozwiązanie przybliżone)

4 Złącze p-n napięcie zaporowe Przyłożenie napięcia polaryzującego złącze w kierunku zaporowym utrudnia przechodzenie elektronu przez obszar złącza

5 Napięcie w kierunku przewodzenia Elektrony, które przeszły przez obszar złącza ulegają rekombinacji z dziurami. Przez złącze przepływa prąd.

6 Dioda charakterystyka I(V)

7 Diody

8 Dioda prostownicza Diody prostownicze w alternatorze samochodowym

9 Dioda Zenera Dla kierunku zaporowego działanie diody Zenera jest oparte na tunelowaniu kwantowym.

10 Dioda Zenera Zastosowanie: regulator napięcia Napięcie wejściowe: polaryzacja zaporowa. Opornik ogranicza prąd. Napięcie wyjściowe: stabilne, bliskie napięcia przebicia. Zastosowanie: eliminacja przepięć

11 Dioda tunelowa Esakiego Złącze p-n o dużej koncentracji domieszek. Mała szerokość złącza (10 nm) Energia odpowiadająca elektronom z pasma przewodzenia (po stronie n) ma zbliżoną wartość jak dla dziur z pasma walencyjnego po stronie p. Dioda o szybkim czasie działania stosowane w układach o wysokiej częstotliwości sygnału (GHz). Przewodzi w kierunku zaporowym. W kierunku przewodzenia, w pewnym zakresie napięć natężenie spada wraz ze wzrostem napięcia ujemny opór.

12 Dioda tunelowa Esakiego

13 Dioda Schottky ego Dioda oparta na złączu metalpółprzewodnik. Zastosowania: Układy wysokiej częstotliwości (do GHz) - krótki czas przełączania. Zasilacze impulsowe (do MHz).

14 Dioda MIS. MOSFET. Metal insulator-semiconductor (MIS) Field effect transistor (FET)

15 Tranzystor MOSFET Reżim liniowy Nasycenie

16 Inne tranzystory polowe JFET Kanał typu n Kanał typu p

17 Tranzystor bipolarny k. przewodzenia k. zaporowy Emiter: silnie domieszkowany (n++) Baza: słabo domieszkowany p Kolektor: domieszkowany n+ Niewielki prąd baza-emiter wytwarza duży prąd emiter-kolektor.

18 Tranzystor bipolarny Źródło rysunków: Ryszard J. Barczyński, Politechnika Gdańska, Wydział FTiMS

19 Tranzystor bipolarny Wzmacniacz: małe zmiany w obwodzie bazy powodują duże zmiany w obwodzie kolektora. Przełącznik: przejście ze stanu nasycenia do stanu zatkania.

20 Hallotron - efekt Halla qe = U q a H = qvb IB nad qu r r J = nev 1 D σ R H = nqµ = µ 1 R H = nq H = Wyznaczane parametry: a -koncentracja -ruchliwość -znak nośników nq Zastosowania: czujniki pola magnetycznego, mierniki cęgowe

21 Dioda świecąca zasada działania W diodzie świecącej zachodzi rekombinacja promienista.

22 Dioda świecąca λ = hc E g W diodzie świecącej zachodzi rekombinacja promienista. Wymagane przejście proste.

23 Dioda świecąca: budowa Większość materiałów do produkcji LED ma duży współczynnik załamania. Całkowite wewnętrzne odbicie ogranicza natężenie światła i kąt emisji.

24 Dioda świecąca - charakterystyka

25 Dioda świecąca: zastosowania

26 Fotodioda zj. fotoelektryczne wewnętrzne Przy polaryzacji zaporowej dioda jest czułym detektorem światła. Przy braku polaryzacji na złączu powstaje siła elektromotoryczna pracuje jako ogniwo słoneczne Fotodioda z napędu CD Złącze PIN używane w fotodiodach do szybkich systemów optycznych Optoizolacja (przetworniki)

27 Lasery półprzewodnikowe