Pobieranie prezentacji. Proszę czekać

Pobieranie prezentacji. Proszę czekać

WŁAŚCIWOŚCI PÓŁPRZEWODNIKÓW Struktura kryształu krzemu i tetraedr koordynacyjny utworzony przez najbliższych sąsiadów każdego jonu Si +4 ( =108 o 29')

Podobne prezentacje


Prezentacja na temat: "WŁAŚCIWOŚCI PÓŁPRZEWODNIKÓW Struktura kryształu krzemu i tetraedr koordynacyjny utworzony przez najbliższych sąsiadów każdego jonu Si +4 ( =108 o 29')"— Zapis prezentacji:

1 WŁAŚCIWOŚCI PÓŁPRZEWODNIKÓW Struktura kryształu krzemu i tetraedr koordynacyjny utworzony przez najbliższych sąsiadów każdego jonu Si +4 ( =108 o 29') Model planarny periodycznej struktury półprzewodnika

2 Tablica 1.1. Krzem w grupie węglowców [1,2,3] Element Parametr CSiGeSnPb grafitdiament masa atomowa ,0972,60118,70207,21 liczba atomowa ilość elektronów na ostatniej powłoce wartościowość+4 +2, +4 gęstość atom. [#/cm 3 ] 5,0x ,4x10 22 stała sieci [nm] w 300K0,3370,35670,543080,565750,64892 (szara) 4,95 odl. m. jonami [nm]0,1420,1540,2350,2440,28(szara)0,350 gęstość [g/cm 3 ]2,253,522,325,323 5,8( -szara) 7,3( biała) 11,34 rezystywność [ m] ,41, (sz)2, dylatacja [ppm/K]1-60,82,65,826,729 przew. cieplna [W/mK] ,66538 temp. topnienia [ o C]-> temp.[ o C] prężności par mbar Krzem w grupie węglowców

3 Tworzenie się pasm energetycznych po zbliżeniu jonów na odległość stałej sieci a oraz położenie poziomu E C (zwykle pustego w półprzewodnikach w T=0 K) i poziomu E V zapełnionego elektronami w T=0 K W półprzewodnikach (i dielektrykach) istnieje pomiędzy pasmem walencyjnym o największej energii E V a pasmem przewodnictwa o najmniejszej energii E C zakres energii wzbronionej dla elektronów walencyjnych – przerwa energetyczna

4 Minimalny poziom energetyczny E C jest energią potencjalną elektronów w paśmie przewodnictwa; każdy nadmiar ponad E C jest energią kinetyczną w całkowitej energii E prawie swobodnie przemieszczającego się elektronu w przestrzeniach międzywęzłowych sieci krystalicznej półprzewodnika gdzie: - tzw. masa efektywna elektronu, czyli masa, która uwzględnia także oddziaływanie periodycznego pola sieci krystalicznej na elektron, v th - średnia prędkość termiczna elektronu. Generacja pary elektron-dziura w strukturze wiązań walencyjnych półprzewodnika

5 Prawdopodobieństwo obsady dozwolonego kwantowymi prawami wyboru stanu o energii E przez elektron w półprzewodniku o temperaturze T jest wyrażone funkcją Fermiego-Diraca gdzie: E F –poziom Fermiego, hipotetyczny stan energetyczny odniesienia, w którym prawdopodobieństwo znalezienia elektronu wynosi f n (E F,T)=0,5, k - stała Boltzmanna: k=8, eV/K. Funkcje Fermiego-Diraca dla elektronów f n (E) i dziur f p (E) w różnych temperaturach

6 1.2. PÓŁPRZEWODNIKI DOMIESZKOWANE

7

8 SZUMY W PÓŁPRZEWODNIKACH W półprzewodnikach występują cztery podstawowe mechanizmy szumów, które powodują, że prądy i napięcia fluktuują w sposób przypadkowy wokół wartości średniej. 1. Szumy cieplne (thermal noise), szumy śrutowe (shot noise), szumy generacyjno- rekombinacyjne (G-R noise) i szumy migotania (flickier noise – albo szum typu 1/f). Szumy cieplne powstają na skutek oddziaływań drgań cieplnych sieci krystalicznej półprzewodnika w temperaturze T>0 na nośniki ładunku. Ich ruch cieplny z kolei wywołuje chaotyczne zmiany napięcia u n,th (t) lub prądu i n,th (t) fluktuujące wokół wartości średnich lub, obserwowane pomiędzy zewnętrznymi elektrodami próbki półprzewodnika o rezystancji R.

9 2. Szum śrutowy występuje przy przepływie prądu przez barierę potencjału w aktywnych przyrządach półprzewodnikowych i jest efektem mikroskopowej, dyskretnej natury prądu: I=Nq/t - jako strumienia skończonej liczby N nośników o ładunku q. Średnia kwadratowa wartość szumu śrutowego zgodnie z teorią Schottky'ego wynosi ) gdzie I 0 - wartość średnia prądu, B=Df - przedział częstotliwości, w którym mierzony jest szum. 3. Szum generacyjno-rekombinacyjny (szumy G-R), który powstaje przy fluktuacjach prędkości generacji, rekombinacji i pułapkowania nośników ładunku. Prąd szumów G-R zależy od średniego czasu życia nośników ładunku; generowanych elektronów w paśmie przewodnictwa t n Po przyłożeniu pola elektrycznego także w półprzewodnikach pojawia się 4. Szum migotania. Źródło prądowe tych szumów zapisywane jest w postaci gdzie: a 2, b=0,8...1,4. Szum migotania jest głównym szumem obserwowanym poniżej 10 kHz i malejącym z częstotliwością. Jest związany z prądami upływności przez stany powierzchniowe, które przechwytują część nośników. Stała czasowa przebywania nośników w pułapkach może być dostatecznie długa. Przy bardzo niskich częstotliwościach szumy te mają charakter przypadkowych trzasków we wzmacniaczach akustycznych (tzw. popcorn noise). Niektóre efekty mogą być związane z obecnością ziaren i innych defektów krystalicznych. Szumy migotania słabo zależą od temperatury.

10 DIODY PÓŁPRZEWODNIKOWE a) Przekrój, b) symbol graficzny diody złączowej p-n oraz c) charakterystyka prądowo-napięciowa i d) symbol diody idealnej

11 Aby ocenić przydatność diody w różnorodnych układach elektronicznych określane są jej maksymalne, dopuszczalne oraz charakterystyczne prądy i napięcia: U RWM­ - maksymalne napięcie wsteczne, które może być wielokrotnie przykładane do diody, U R­ - maksymalne stałe napięcie wsteczne, U RSM­ - maksymalne napięcie wsteczne, które niepowtarzalnie może być przyłożone do diody, I FSM - maksymalny prąd przewodzenia, U F - napięcie przewodzenia przy stałym określonym prądzie, I R - prąd wsteczny przy określonym napięciu rewersyjnym i temperaturze złącza T j. Charakterystyka napięciowo-prądowa krzemowej diody złączowej rzeczywistej

12 Prąd diody rzeczywistej w kierunku przewodzenia składa się głównie z dwóch prądów: rekombinacyjnego i dyfuzyjnego (3.1) gdzie: I GR0 -zerowy prąd generacyjno-rekombinacyjny w obszarze złącza p-n przy u D =u F 0, I 0 - prąd rewersyjny nasycenia nośników mniejszościowych przy u R u D 0, r S - rezystancja szeregowa diody, U T - potencjał termiczny elektronów: U T =kT/q ( 25,8 mV w 300 K), u D -i D r S - napięcie bezpośrednio na złączu, przeciwne napięciu dyfuzyjnemu Schemat zastępczy diody rzeczywistej: a) w kierunku przewodzenia, b) w kierunku zaporowym

13

14 Diody impulsowe Efekty dynamiczne diody impulsowej

15 Załączenie i przełączenie diody p + -n generatorem napięciowym: a) - napięcia na diodzie, b) - napięcia na bazie diody, c) - napięcia na złączu, d) - prąd płynący przez diodę

16 Procesy przejściowe w diodzie pracującej przy dużych impulsach prądowych: a) - prąd płynący przez diodę, b) - napięcie na rezystancji szeregowej bazy, c) - napięcie na złączu p + -n, d) - całkowity przebieg napięcia na diodzie

17 Diody stabilizacyjne

18 Diody tunelowe

19 (3.75) gdzie: IS - prąd nasycenia w temperaturze nominalnej TNOM=27 o C (I S­ ), N - współczynnik emisji (n) - parametry komputerowe, które mają w programie wbudowaną wartość – SPICE default Model komputerowy diody (SPICE). Model małosygnałowy diody w SPICE/Pspice

20 Tranzystory bipolarne Struktury n-p-n i p-n-p tranzystorów bipolarnych oraz ich symbole układowe: E - emiter, C - kolektor, B - baza

21 E B C bez polaryzacji qU EB = +0,6eV b) -qU CB =-10eV a)c) z polaryzacją x E x B n + p n I E I nE I nC I C E C I pE I nE -I n E I RG C R C B_ U EB I B U CB _ U BE B U CC x E x B x C a) Przekrój planarnego tranzystora bipolarnego n-p-n,b) diagram pasm energetycznych,c) jednowymiarowy model tranzystoraprzy polaryzacji do pracy w układzie wzmacniającymu EB >0 iu CB <0 (z zaznaczonymi strumieniami elektronów i dziur ) I CO

22

23 Charakterystyki wyjściowe tranzystora dla konfiguracji wspólnej bazy

24 Trzy konfiguracje pracy tranzystora bipolarnego

25 Jednowymiarowa struktura tranzystora n + -p-n w konfiguracji OE Konfiguracja OE

26 Modele Ebersa-Molla dla tranzystorów n-p-n i p-n-p Model Ebersa-Molla - prąd rewersyjny nasycenia złącza emiterowego przy zwartym (S – short) złączu kolektorowym (prąd zerowy przy = 0), - prąd rewersyjny nasycenia złącza kolektorowego przy zwartym złączu emiterowym (prąd zerowy przy = 0), n E i n C - współczynniki nieidealności (emisji) złącza, kolejno, emiterowego i kolektorowego, - stałoprądowy współczynnik wzmocnienia prądowego tranzystora w konfiguracji wspólnej bazy (OB) przy aktywnej pracy normalnej wg definicji (4.3), - stałoprądowy współczynnik wzmocnienia prądowego dla konfiguracji OB przy aktywnej pracy inwersyjnej (zwrotnej).

27 Charakterystyki wyjściowe dla konfiguracji OE - napięcie Earlyego dla pracy inwersyjnej

28 Małosygnałowy wzmacniacz na tranzystorze bipolarnym w konfiguracji OE a) Małosygnałowy stopień wzmacniania na tranzystorze n-p-n, b) układ polaryzacji stałoprądowej tranzystora Zależności częstotliwościowe: a) - modułów małosygnałowych współczynników wzmocnienia dla OE i dla OB,, b) – fazy oraz c) idealny diagram wektorowy amplitud zespolonych prądów tranzystora Wyznacza sie maksymalną częstotliwość przenoszenia f T jako

29 OEOBOC Impedancja wejściowa Z we średnia r be mała r be / F duża r be +(1+ F )() Impedancja wyjściowadużabardzo dużamała Wzmocnienie prądoweduże F <1 F = F /(1+ F ) duże F +1 Wzmocnienie napięciowe <1 Wzmocnienie mocybardzo dużedużeśrednie Częstotliwości granicznemałe f duże f F f małe f Małosygnałowe parametry użytkowe tranzystorów bipolarnych w podstawowych konfiguracjach układowych

30 Odpowiedzi tranzystora na idealny (prostokątny) impuls załączenia i przełączenia ze źródła napięciowego od U F do -U R : a) - napięcia na złączu emiterowym, b) - prądu bazy, c) - prądu kolektora z zaznaczonym ładunkiem przesterowania bazy Q S d) - napięcia na tranzystorze

31 Typowe zależności współczynnika szumów tranzystora: a) od prądu emitera, b) od napięcia na kolektorze, c) od częstotliwości

32 TRANZYSTORY POLOWE Przekroje, symbole graficzne, sposób polaryzacji oraz charakterystyki przejściowe i wyjściowe tranzystorów polowych złączowych (JFET)

33 Przekroje, symbole graficzne, sposób polaryzacji oraz charakterystyki przejściowe i wyjściowe tranzystorów polowych z izolowana bramką z kanałem zubożanym (MOSFET)

34 Przekroje, symbole graficzne, sposób polaryzacji oraz charakterystyki przejściowe i wyjściowe tranzystorów polowych z izolowana bramką z kanałem wzbogacanym (MOSFET)

35

36 a) Monolityczny n-JFET w układzie scalonym wykonany w technologii BiFET, b) – i jego małosygnałowy schemat zastępczy z dwoma źródłami prądowymi

37 MODEL KOMPUTEROWY JFET W SPICE/PSpice

38 TRANZYSTOR POLOWY Z IZOLOWANĄ BRAMKĄ (MOSFET)

39

40

41 PRZYRZĄDY OPTOELEKTRONICZNE Fotorezystor Fotodioda

42 Fototranzystor

43

44 Kompaktowy transoptor składający się z LED i fotodiody krzemowej zalanych w żywicy polimerowej i jego symbol graficzny Złącze p-n diody laserowej z lustrzanymi płaszczyznami tworzącymi rezonator optyczny Fabry-Perota

45 TERYSTORY

46

47 ELEMENTY CCD (Charge-Coupled Devices, czyli przyrządy sprzężone ładunkowo)

48 Unoszenie ciepła przez strumień dziur i strumień elektronów w chłodziarce Peltierea PRZYRZĄDY TERMOELEKTRYCZNE Schemat termoelementu półprzewodnikowego z rezystancją obciążenia R L

49

50 UKŁADY SCALONE

51 Przekrój i topografia CMOS-owego inwertera

52 Różne topografie CMOS-owych inwerterów

53 Topografia padu I/O

54 Przykładowa topografia z padami

55 Przykładowa cela standardowa jako podsystem modułu scalonego

56 Wybrany procesor z bondingiem

57 Mikrofotografia 6 - bitowego A/D konwertera

58 Procesor Motorola 6809

59 Topografia 1Mb DRAM

60 Procesor Motorola (logika strukturalna)

61 Przykładowy projekt studencki

62 Wzmacniacze tranzystorowe sygnałów zmiennych Schematy ideowe wzmacniaczy sygnałów zmiennych a) na bazie tranzystora bipolarnego b) na bazie tranzystora polowego Dobór elementów RC i tranzystorów

63 Charakterystyka amplitudowa wzmacniacza sygnałów zmiennych

64 Wzmacniacz w konfiguracji wspólnego kolektora (wtórnik emiterowy) Cechy charakterystyczne Dobór wartości elementów RC

65 Wzmacniacze prądu stałego Wzmacniacz różnicowy – schemat Własności Dobór elementów (symetria)

66 Charakterystyki przejściowe wzmacniacza różnicowego

67 Podstawowe układy wzmacniaczy różnicowych a)na bazie tranzystorów nMOS b)na bazie źródeł prądowych na tranzystorach pMOS c)z lustrem prądowym z tranz. pMOS

68 Wzmacniacze operacyjne Wzmacniacz operacyjny. Oznaczenie i charakterystyka przejściowa

69 Przykładowy wzmacniacz operacyjny wykonany w technologii CMOS

70 Dwustopniowy wzmacniacz operacyjny BiCMOS - Zalety technologii BiCMOS

71 Filtry Charakterystyki filtrów a) dolnoprzepustowego, b) górnoprzepustowego, c) środkowoprzepustowego, d) pasmowozaporowego

72 Filtr dolnoprzepustowy Sallen-Keya

73 Górnoprzepustowy filtr Sallen-Keya

74 Środkowoprzepustowy filtr Sallen-Keya

75

76 Wzmacniacze mocy Charakterystyki tranzystora bipolarnego zaznaczonym obszarem użytecznym wzmacniacza mocy

77 Klasy pracy wzmacniaczy mocy

78 Uproszczony schemat wzmacniacza przeciwsobnego Prosta pracy i przebiegi czasowe prądów kolektorów tranzystorów przeciwsobnego wzmacniacza klasy B

79 Schemat wzmacniacza mocy w klasie AB z tranzystorami VDMOS


Pobierz ppt "WŁAŚCIWOŚCI PÓŁPRZEWODNIKÓW Struktura kryształu krzemu i tetraedr koordynacyjny utworzony przez najbliższych sąsiadów każdego jonu Si +4 ( =108 o 29')"

Podobne prezentacje


Reklamy Google