kontakt m-s, m-i-s, tranzystory polowe Wykład X kontakt m-s, m-i-s, tranzystory polowe

Złącze metal - półprzewodnik

Kontakt prostujący metal – półprzewodnik typu n Dioda Schottky Półprzewodnik typu n i metal o pracy wyjścia m>: m  qBn =m- EF qVbi=m--qVn qVn - +

Kontakt prostujący metal – półprzewodnik typu n - dioda Schottky =

kontakt prostujący metal-półprzewodnik typu p - Schottky

Dioda Schottky metal-półprzewodnik typu n

Kontakt prostujący metal – półprzewodnik typu p Poziom próżni Półprzewodnik typu p

Omowy kontakt metal – półprzewodnik Półprzewodnik typu n i metal o pracy wyjścia m<: m  - m EF I Kontakt omowy (o niskiej oporności) uwaga: dla półprzewodnika typu p kontakt jest omowy gdy m> U=RI U

Kontakt omowy metal –półprzewodnik typu n silnie domieszkowany

Tranzystory (ang. TRANSISTOR = TRANSfer resISTORs) Podział

Tranzystor Trójkońcówkowy półprzewodnikowy element elektroniczny, posiadający zdolność wzmacniania sygnału elektrycznego. Nazwa tranzystor pochodzi z angielskiego zwrotu "transfer resistor", który oznacza element transformujący rezystancję.

Tranzystory - rodzaje Wyróżnia się dwie główne grupy tranzystorów, które różnią się zasadniczo zasadą działania: Tranzystory bipolarne, w których prąd wyjściowy jest funkcją prądu wejściowego (sterowanie prądowe). Tranzystory unipolarne (tranzystory polowe), w których prąd wyjściowy jest funkcją napięcia (sterowanie napięciowe).

Tranzystory (ang. TRANSISTOR = TRANSfer resISTORs) Podział Tranzystory bipolarne i unipolarne BIPOLARNE (BJT – Bipolar Junction Transistor) STEROWANE PRĄDOWO, czyli aby IC ≠ 0 musi IB ≠ 0 UNIPOLARNE (FET – Field Effect Transistor) STEROWANE POLEM ELEKTRYCZNYM występującym pomiędzy bramką i źródłem, czyli napięciem UGS wytwarzającym to pole, ale IG ≈ 0

Tranzystory

Tranzystor polowy Trzy elektrody: źródło, dren i bramka. Bramka jest odizolowana od kanału źródło-dren JFET : bramkę stanowi złącze p-n spolaryzowane w kierunku zaporowym. Tranzystory JFET pracują przy VGS = 0. MESFET : bramką jest metalowa elektroda, która jest tak dobrana aby tworzyła z kanałem barierę Schottk’yego. MOSFET: bramkę stanowi metalowa elektroda odizolowana od kanału warstwą izolatora – tlenku.

Tranzystor polowy – złączowy JFET

Obszary pracy -obszar odcięcia: Tranzystor jest wyłączony. Nie ma przepływu prądu (ID = 0) przez kanał. Dzieje się to gdy napięcie źródło - bramka spełnia warunek : VGS > VP -obszar aktywny, lub nasycenia: Tranzystor jest włączony. Prąd drenu jest kontrolowany przez VGS, niezależny od VDS. W tym obszarze tranzystor może pracować jako wzmacniacz: -obszar omowy: tranzystor jest włączony ale pracuje jak rezystor o oporności kontrolowanej napięciem. Dzieje się to wówczas, gdy napięcie VDS jest mniejsze niż w obszarze aktywnym. Prąd drenu jest proporcjonalny do napięcia VDS i jest kontrolowany prze napięcie bramki VGS.

Tranzystor polowy GaAs MESFET Bramką jest metalowa elektroda, która jest tak dobrana aby tworzyła z kanałem barierę Schottky

Przewodnictwo elektryczne Zaniedbując zderzenia, średni pęd swobodnego elektronu w polu E:   Zmiana pędu na skutek zderzeń W stanie stacjonarnym:   Gestość prądu j= -nevd = -nep/me = (ne2tp /me) E Ruchliwość, m,: m = vd / E = etp /me (m2V-1s-1) Przewodność s = j/E = ne2tp /me=enm

Wpływ temperatury i domieszkowania na ruchliwość Rozpraszanie na fononach, czyli drganiach sieci krystalicznej. - dominuje w wyższych temperaturach. Rozpraszanie na domieszkach -zjonizowanych - dominuje w niższych temperaturach.

Fonony akustyczne- sąsiednie atomy drgają w tej samej fazie podłużne poprzeczne

Fonony optyczne- sąsiednie atomy drgają w przeciwnej fazie l podłużne l poprzeczne

Krzywe dyspersji fononów w 3D 3 stopnie swobody/ atom, s atomów w komórce prymitywnej: 3 gałęzie akustyczne i 3s-3 gałęzi optycznych -p/a p/a k w optyczne akustyczne podłużne: poprzeczne:

Tranzystor polowy MODFET ( HEMT) MODFET –modulation doping FET– tranzystor polowy FET domieszkowany modulacyjnie HEMT high electron mobility transistor –tranzystor o b. dużej ruchliwości elektronów: Izolacja elektronów w studni kwantowej od donorów w warstwie AlGaAs powoduje, że jedynym mechanizmem rozpraszania jest rozpraszanie na drganiach sieci (fononach) I ruchliwość jest b. duża ( rzędu 106 cm2/Vs)