Elektronikas špiķieris

1.pusvadītāju materiāli un cietvielu zonu teorija: cietvielas iedala pēc to īpatnējās elektrovadītspējas σ (Scm 1): pusvadītāji 10 8 103(Silīcijs, Germānijs, savienojumi A|||BV)

Par pusvadītājiem sauc vielas, kuras pēc to īpatnējās elektrovadītspējas skaitliskās vērtības ieņem vidēju stāvokli starp dielektriķiem un vadītājiem. Pusvadītāju elektrovadītspēja ir atkarīga no ārējiem apstākļiem – temperatūras, starojuma u.c. sasildot pusvadītājus to temperatūra palielinās.

2.zonu diagrammas dielektriķiem, pusvadītājiem un metāliem: diagrammā parādītas tikai valences, vadītspējas un aizliegtās zona. Dielektriķiem aizliegtā zona ΔW>1,5eV(vislielākā, tāpēc vadītspējas zona normālos apstākļos ir tukša), pusvadītājiem ΔW<1,5eV (valences elektroniem vajadzīga mazāka enerģija tās pārvarēšanai), metāliem aizliegtās zonas nav, val. un vad.sp. zonas pārklājas, tāpēc tie labi vada elektrisko strāvu.

3.fermī līmenis: vidējā elektroniem piemītošā enerģija. Fermī – Dīraka funkcija apraksta elektronu sadalījumu varbūtību pa enerģijas līmeņiem kristālā. , kur f(W) elektronu sadalījumu varbūtība pa enerģijas līmeņiem kristālā; W elektrona enerģija; WF Fermī līmenis; k Bolcmaņa konstante; T absolūtā temperatūra. Secinājumi: 1.ja WWF, tad f(W)=0 3.ja W=WF, tad jebkurā temperatūrā, kas lielāka par 0K, f(W)=1/2 no kā seko, ka pamatpusvadītājiem Fermī līmenis ir elektrona enerģijas vidējais līmenis, bet temperatūrai palielinoties, palielinās varbūtība elektronam atrasties vadītspējas zonā un samazinās atrasties valences zonā, savukārt aizliegtajā zonā Fermī – Dīraka funkcijai ir pārrāvums

4.donorpiejaukumu pusvadītāji: pamatpusvadītāju, kuram piejaukts piektās grupas elements (piem., arsēns (As)) ar pieciem valences elektroniem, sauc par n tipa jeb elektronu pusvadītāju. Donorpiejaukuma atoms iegulst kristālarežģī un kļūst par nekustīgu jonu, bet atbrīvotais elektrons kļūst par brīvu elektronu(majoritātes lādiņnesēju). Jonizācijas rezultāta rodas pozitīvi joni. Fermī līmenis nobīdīts uz vad.sp. zonas pusi

5.akceptorpiejaukuma pusvadītāji: pamatpusvadītāju, kuram piejaukts trešās grupas elements ar trīs valences elektroniem (piem., AL, B vai In),sauc par caurumu jeb p tipa pusvadītājiem. 3 piejaukuma elektroni ar pamatpusvadītāju veido kovalentās, bet tā kā trūkst viena elektrona tas tiek atrauts no kāda pusvadītāja kodola un tā rezultāta izveidojas caurums(majoritātes lādiņnesēju), kas var brīvi pārvietoties pa kristālrežģi. Jonizācijas rezultāta rodas negatīvi joni. Fermī līmenis nobīdīts uz val. zonas pusi

p n pāreja ir pusvadītāja monokristālā izveidotā p tipa un n tipa apgabalu robežslānis.

Difūzija caurumu un elektronu koncentrāciju izlīdzināšanās starp p un n apgabaliem.

Savienojot abu tipu pusvadītāju notiek difūzija. Elektroni no n apgabala difundē uz p apgabalu, caurumiem pretēji. Dif. Rezultātā pārejas vienā pusē paliek nekompensēti akceptoru joni, otrā donoru joni, kuru radītais kontaktpotenciāls rada pārejā iekšējo elektrisko lauku εi, kas vērsts no pozitīvajiem donorjoniem uz negatīvajiem akceptorjoniem.

Majoritātes lādiņnesēji, kas pārvarējuši potenciāla barjeru, veido difūzijas strāvu Idif. un tās virzienu nosaka tikai caurumu plūsma un difūzijas strāva plūst virzienā no p uz n apgabalu., bet minoritātes lādiņnesēji – dreifa strāvu Idr.

7.sprostvirzienā ieslēgta p n pāreja: kad p n pārejai pieslēdz sprostspriegumu UR ar pozitīvo polu pie n tipa apgabala, bet negatīvo pie p tipa apgabala, tad sprieguma avota radītais ārējais elektriskais lauks pastiprina iekšējo elektrisko lauku un palielina enerģijas barjeras augstumu q(φk+UR) .elektriskais lauks atgrūž no pārejas abām pusēm major.ladiņnesējus, kā rezultātā palieinās pārejas biezums un dif strāva kļūst mazāka par dreifa strāvu. Vēl palielinot UR ar laiku barjera kļūst augstāka un Idif.=0, bet Idr=IR.

8.caurlaides virzienā ieslēgta p n pāreja: pieslēdz spriegumu UF, tad sprieguma avota radītais ārējais elektriskais lauks pavājina iekšējo elektrisko lauku un samazina enerģijas barjeras augstumu q(φk UF) . rezultātā samazinās pārejas biezums un dif strāva kļūst lielāka par dreifa strāvu. Spriegumu, kas samazina p n pārejas iekšējo elektrisko lauku sauc par p n pārejas caurlaides spriegumu, un šī sprieguma radīto strāvu par p n pārejas caurlaides strāvu: IF=Idif Idr>0

9.ideāla un reāla p n pāreja, reālas p n pārejas sproststrāva: ideālas p n pārejas ārpusē esošo kristāla apgabalu elektrovadītspēja tiek uzskatīta par bezgala lielu, un tāpēc kristālam pievienotā avota spriegums rada elektrisko lauku tikai tukšinātajā zonā, kuras elektrovadītspēja ir ļoti maza.

Reālas p n pārejas caurlaides virziena VA raksturlīkne atrodas zemāk par ideālas pārejas raksturlīkni, jo reālā pārejā bāze ir vāji leģēta un tai ir liela pretestība RB. tāpēc pārejas tukšinātajai zonai pieslēgtais spriegums salīdzinājumā ar ideālu p n pāreju ir par lielumu IFRB mazāks un mazāka ir caurlaides strāva. Reālas p n pārejas sproststrāva sastāv no IR=I0+Ig+In, kur I0 – siltumstrāva, ko rada ārpusēģenerēto minoritātes lādiņnesēju dreifs, Ig – siltumģenerācijas strāva (rada trukšinātajā zonā siltumģenerācijas dēļ radušos brīvo lādiņnesēju pāru dreifs), In – pa pārejas virsmu plūstošā noplūdes strāva. Ja sprostspriegums tiek palielināts, Ig un Inpalielinās, bet I0 ir const.

10.reālas p n pārejas caursite: sprostspriegumam sasniedzot noteiktu robežvērtību, p n pārejā sākas ļoti straujš sproststrāvas pieaugums, t.i. sākas pārejas caursite. Siltumcaursite sākas tad,kad sproststrāvasradītais un pārejai pievadītais siltuma daudzums Ppiev=IRUR ir lielāks par siltuma daudzumu , kuru konvekcijas un izstarošanas veidā izvada no pārejas. Aizvadītais siltuma daudzums: , kur Tj – pārejas temperatūra, Ta – vides temperatūra, Rthja – siltumpretestība starp pāreju un apkārtējo vidi. Lavīncaursite rodas vāji leģētās un tāpēc biezās p n pārejās, kurās minoritātes lādiņnesēja brīvais noskrējiens ir mazāks par pārejas biezumu

11.pusvadītāju ierīču klasifikācija: bezpārejas(pusvadītāju rezistori; termistori; varistori; tenzometri; fotorezistori), ar vienu p n pāreju(diodes, taisngrieži, impulsu, augstfrekvences, stabilitroni, varikapi, tuneļdiodes, fotodiodes), ar divām p n pārejām(tranzistori, pastiprinātāja, impulsa, augstsprieguma, fototranzistori), ar trijām p n pārejām(tiristori, fototiristori), lauktranzistori, integrālās mikroshēmas.

12.pusvadītāju rezistori(termistori, varistori, fotorezistori): bezpārejas pusvadītāju ierīces, kuru darbība pamatojas uz pusvadītāju īpašību mainīt savu pretestību dažādu ārējo faktoru ietekmē

13.pusvadītāju diožu uzbūve: pusvadītāju ierīce ar vienu pāreju un diviem izvadiem(bāze un emiters). Diodes iedala: punkta diodēs(ar punktpāreju, kuras laukuma izmēri ir mazāki par pārejas biezumu. Punkta diodi veido kontakts starp tievu metāla adatu un n tipa Ge. Adatas metāls difundē germānijā un izveido stipri leģētu p tipa apgabalu emiteru) un virsmas diodes, kuras iedalās: sakausētās (leģētās) diodes(izgatavo no n tipa pusvadītāja , sakausējot to ar akceptoru, vaiarī no p tipa pusvadītāja sakausējot to ar donoru)ar difūzijas paņēmienu(izgatavo: p tipa Ge ievieto krāsnī ar H2 atmosfēru. Krāsnī iztvaicē antiomu, kura tvaiki difundē germānijā un izveido tajā n tipa germānija kārtinu emiteru), epitaksiālais paņēmiens(izmanto lai iegūtu uz stipri leģēta p+ vai n+ tipa pusvadītāja tādas pašas kristāliskas struktūras vāji leģētas kārtiņas), jonu implantācija(piemaisījumu jonus elektromagnētiskajā laukā paātrina un ar tiem bombardē pamatpusvadītāja plāksnīti), planārā tehnoloģija(šā veida diodēm abi izvadi novietoti vienā plaknē. Uz silīcija kristāla virsmas izveido SiO2 kārtiņu un tajā izkodina logus, caur kuriem difundē gāzveida atomu piemaisījumus)