Главная страница  Транзисторные схемы 

[ 1 ] 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99 100 101 102 103 104 105 106 107 108 109 110 111 112 113 114 115 116 117 118 119 120 121 122 123 124 125 126 127 128 129 130 131 132 133 134 135 136 137 138 139 140 141 142 143 144 145 146 147 148 149 150 151 152 153 154 155 156 157 158 159 160 161 162 163 164 165 166 167 168 169 170 171 172 173 174 175 176 177 178 179 180 181 182 183 184 185 186 187 188 189 190 191 192 193 194 195 196 197 198 199 200 201 202 203 204 205 206 207 208 209 210 211 212 213 214 215 216 217 218 219 220 221 222 223

транзисторные схемы

Обычно к полупроводниковым материалам относят вещества, которые при комнатной температуре имеют удельное электрическое сопротивление р в пределах от -10 до 10-10 Ом-см *. Вещества со значительно меньшим сопротивлением (10 - 10 * Ом-см) причисляют к проводникам (металлам), а со значительно большим (10 -10 Ом см) -к непроводникам (диэлектрикам). Металлы и диэлектрики являются полюсами наиболее общего класса веществ - полупроводников. Количество полупроводниковых материалов, известных в настоящее время, далеко превышает число металлов и диэлектриков. К полупроводникам относятся некоторые химические элементы (S1, Ge, Se), интерметаллические соединения (InSb, GaAs), окислы (CugO, ZnO), сульфиды (CdS, ZnS), карбиды (SiC) и множество других химических соединений.

Различие между диэлектриками и полупроводниками в основном количественное. Различие же между металлами и полупроводниками отнюдь не сводится к различию удельных сопротивлений.

В отличие от чистых металлов сопротивление чистых полу-проюдников сильно зависит от температуры и, кроме того, с ростом температуры не увеличивается, а уменьшается. Так, для большинства металлов температурный коэффициент сопротивления составляет + (0,4-0,6) % на ГС, а для полупроводников он можег достигать - (5-6) % на ГС и более.

При добавлении примеси в чистый металл удельное сопротивление образующегося сплава (нихрома, манганина и т. п.) больше удельного сопротивления каждого из компонентов, тогда как при добавлении примеси в чистый полупроводник его удельное сопротивление сильно уменьшается: например, 10 % мышьяка в германии снижает сопротивление последнего в 200 раз.

Причины отмеченных особенностей полупроводников станут ясны после изучения их структуры и механизма проводимости.

* В полупроводниковой технике принято измерять удельное сопротивление для 1 см материала (1 Ом-см= 10 Ом-мм/м).



в дальнейшем будут рассматриваться главным образом кремний и германий - основные материалы, используемые в современной транзисторной технике. Однако закономерности, характерные для этих материалов, распространяются в общем на весь класс электронных полупроводншчов, в которых электрический ток обусловлен только электронами, а не ионами 11, 2].

1-2. СТРУКТУРА ПОЛУПРОВОДНИКОВ и типы птоводимости

Полупроводники представляют собой кристаллы, которые можно разбить на множество повторяющихся однотипных элементарных ячеек . Такие ячейки - структурные молекулы кристалла - подобно химическим молекулам состоят из нескольких атомов [3, 4].

Кристаллическая решетка кремния называется тетраэдриче-ской или решеткой типа алмаза. Она характерна также для германия и всех четырехвалентных элементов. В основе такой решетки лежит пространственная фигура - тетраэдр, в углах и центре которой расположены атомы (рис. 1-1. а). Характерная особенность тетраэдрической системы заключается в одинаковом расстоянии центрального атома от четырех угловых. Каждый угловой атом


Рис. 1-1. Тетраэдрическая структура кристаллической решетки, а - элементарный тетраэдр; б - элементарная ячейка.

в свою очередь служит центральным для других четырех ближайших атомов. Совокупность нескольких тетраэдров образует элементарную ячейку (рис. 1-1, б) кубической формы с размером ребра около 0,5 нм (постоянная решетки).

Говоря о кристаллах, обычно подразумевают монокристаллы, которые в отличие от поликристаллов совершенно однородны, т е. обладают идеально!!, регулярной решеткой. Поликристаллы, несмотря на внешнюю однородность, имеют зернистую структуру, т. е. состоят из множества ыикрокристал-лов, разделенных межкристаллическими гранями, равносильными дефектам решетки. Для изготовления обычных полупроводниковых приборов (диодов, транзисторов) поликристаллы непригодны.



Всем кристаллам, в том числе типичным полупроводникам, свойственна анизотропия - зависимость свойств от направления, в котором эти свойства рассматриваются. Анизотропия является естественным следствием того, что пасстояния между смежными атомами различны в разных направлениях. Плоскости, лежащие внутри кристалла, и его наружные ррани принято обозначать индексами Миллера [4] - совокупностью трех цифр, характеризующих ориентацию плоскости относительно атомов элементарной ячейки. Так, применительно к кубической решетке индекс (100) соответствует плоскости, проходящей через


Рис. 1-2. Характеристические плоскости кубической решетки.

грань куба; индекс (ПО) - плоскости, проходящей через диагонали противоположных граней; а ивдекс (111) - плоскости, проходящей через три вершины, не связанные общими ребрами (рис. 1-2) Направления, перпендикулярные указанным плоскостям, обозначаются теми же индексами, но в квадратных скобках. Наиболее густым по числу атомов на единицу длины является направление [111], наиболее разреженным - направление [100].

В последующих выводах мы будем пользоваться плоским эквивалентом тетраэдрической структуры (рис. 1-3), в котором сохранена главная особенность решетки типа алмаза - одинаковые расстояния между смежными атомами.

Связь атомов в рассматриваемой решетке устанавливается вследствие наличия специфических обменных сил, возникающих в результате попарного объединения валентных электронов. Эти силы отражены на рис. 1-3 сходящимися стрелками. Объединение электронов следует понимать так: пара электронов, обведенная на рис. 1-3 пунктиром, в равной степени принадлежит обоим соответствующим атомам или, образно говоря, поочередно примыкает то к одному, то к другому. Соответственно в среднем каждый атом обладает устойчивой восьмиэлектронной оболочкой. Такая связь атомов, при которой каждый из них остается нейтральным, называется парноэлектронной, ковалентной [2] или просто валентной в отличие от ионной связи, обусловленной электрическими силами и имеющей место, например, в решетке каменной соли Na+Cl~, где атомы ионизированы.

В общем виде индексы Миллера определяются следующим образом. Начало прямоугольной системы координат помещают в одном из узлов решетки; отрезки I, т, п, отсекаемые данной плоскостью на осях координат, измеряют в единицах постоянной решегки, обратные величины /i, т, приводят к общему наименьшему знаменателю, после чего знаменатель отбрасывают. Числители образуют индексы Миллера.



[ 1 ] 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99 100 101 102 103 104 105 106 107 108 109 110 111 112 113 114 115 116 117 118 119 120 121 122 123 124 125 126 127 128 129 130 131 132 133 134 135 136 137 138 139 140 141 142 143 144 145 146 147 148 149 150 151 152 153 154 155 156 157 158 159 160 161 162 163 164 165 166 167 168 169 170 171 172 173 174 175 176 177 178 179 180 181 182 183 184 185 186 187 188 189 190 191 192 193 194 195 196 197 198 199 200 201 202 203 204 205 206 207 208 209 210 211 212 213 214 215 216 217 218 219 220 221 222 223

© 2000 - 2017 ULTRASONEX-AMFODENT.RU.
Копирование материалов разрешено исключительно при условии цититирования.