Metoda Czochralskiego hodowli monokryształów jest najstarszą i jedną z najpowszechniej stosowanych metod do produkcji monokryształów metali i ich stopów. Metoda ta polega na powolnym, stopniowym wyciąganiu z roztopionego metalu zarodka krystalicznego w sposób zapewniający kontrolowaną i stabilną krystalizację metalu na powierzchni zarodka. Dodatkowo, jeśli wymagają tego warunki procesu krystalizacji zarodek oraz tygiel mogą zostać wprawione w ruch obrotowy celem polepszenia warunków transportu masy i ciepła. W rezultacie otrzymuje się cylindryczny monokryształ o orientacji krystalograficznej zarodka. Wymiary i kształt hodowanego kryształu (średnica oraz długość) kontrolowane są poprzez prędkość przesuwu i prędkość obrotową zarodka, ograniczone są jednak poprzez parametry układu zastosowanego do hodowli.

Predyfuzja (źródło nieskończone) domieszka dostarczana jest do powierzchni podłoża bez przerwy, bez żadnych ograniczeń, w konsekwencji koncentracja atomów na powierzchni jest cały czas stała

Redyfuzja (źródło skończone) całkowita liczba atomów domieszki (doza) w płytce i na jej powierzchni jest stała w ciągu całego procesu, a atomów na powierzchni podłoża ubywa w wyniku dyfuzji atomów w głąb płytki

Półprzewodnik samoistny jest to monokryształ półprzewodnika pozbawionego defektów sieci krystalicznej i domieszek, czyli nie zawierają obcych atomów w sieci krystalicznej.

Dziurą nazywa się dodatni nośnik ładunku, będący brakiem elektronu. W półprzewodnikach o małych szerokościach pasma zabronionego generacja termiczna par dziura-elektron jest ułatwiona. Liczbę nośników w ciałach stałych wyraża się za pomocą gęstości lub koncentracji (liczba nośników na jednostkę objętości.

Liczba generowanych par, czyli ich koncentracja, jest tym większa, im jest węższe pasmo zabronione danego półprzewodnika oraz im temperatura monokryształu jest wyższa. Po pewnym czasie pobudzony elektron powraca do stanu podstawowego z wyemitowaniem kwantu promieniowania. Taki proces nazywamy rekombinacją.

Proces pojawiania się elektronów w paśmie przewodnictwa i wolnych miejsc (dziur) w paśmie podstawowym pod wpływem wzrostu temperatury nosi nazwę generacji termicznej par dziur-elektron.

Teoria pasmowa to teoria kwantowa opisująca stany energetyczne elektronów w krysztale. W odróżnieniu od atomów, w których dozwolone stany energetyczne elektronów stanowią zbiór poziomów dyskretnych, dozwolone elektronowe stany energetyczne w kryształach mają charakter pasm o szerokości kilku elektronowoltów.

Masa efektywna odpowiednik masy dla ciał (cząstek) znajdujących się w środowisku materialnym, w którym działają na nie pola sił. Pojęcie masy efektywnej jest wygodne w szczególności do opisu własności dynamiki elektronów i dziur w półprzewodnikach. Stosując masę efektywną w równaniach ruchu, automatycznie uwzględnia się obecność otaczających elektron pól bez potrzeby jego dokładnej analizy. Masa efektywna może być zarówno mniejsza jak i większa od zwykłej masy spoczynkowej tego samego ciała w próżni.

Rozkład Fermiego-Diraca opisuje sposób obsadzenia poziomów energetycznych przez elektrony w układzie wieloelektronowym, np. w atomie. Zgodnie z teorią kwantową, w każdym stanie energetycznym, charakteryzującym się określoną energią, pędem oraz spinem, może się znajdować co najwyżej jeden elektron. Prawdopodobieństwo znalezienia elektronu w stanie o energii E jest tym mniejsze, im większa jest ta energia. Przy zmniejszaniu E prawdopodobieństwo znalezienia elektronu w danym stanie wzrasta, nie może jednak przekroczyć jedności (co oznacza, że na każdym z dostatecznie niskich poziomów energetycznych znajduje się 1 elektron). Zależność tę wyraża dokładnie funkcja rozkładu Fermiego-Diraca :

Stała dyfuzji D to wielkość charakteryzująca dyfuzję, zależy od temperatury i ciśnienia. Jest równa liczbowo ilości składnika dyfundującego przez jednostkową powierzchnię w jednostce czasu, przy jednostkowym gradiencie stężenia powodującym dyfuzję.

Pojemność złączowa. Złącze PN spolaryzowane w kierunku zaporowym charakteryzuje pewna pojemność elektryczna, która (nieliniowo) zależy od szerokości obszaru zubożanego - jest to tzw. pojemność złączowa (C_j). Szerokość obszaru zubożanego zależy od przyłożonego zewnętrznego napięcia, dzięki czemu pojemność może być regulowana napięciem - jest to wykorzystywane w diodach pojemnościowych.

Heterozłącze złącze wytworzone z dwóch typów półprzewodników (N i P) o różnych szerokościach warstwy zaporowej. Szeroko wykorzystywane w diodach LD (diody laserowe) i LED (diody elektroluminescencyjne). Różnica między złączem homogennym a heterozłączem polega na tym, że w heterozłączu bariera dla dziur i elektronów nie jest jednakowa, np. dla elektronów dyfundujących z N do P jest znacznie mniejsza niż dziur dyfundujących z obszaru P do N.

Pole wbudowane występuje w znacznej większości tranzystorów bipolarnych. Najczęściej warstwę bazy robi się tak iż na elektrony oddziałuje pole elektryczne kierujące elektrony w stronę kolektora. Efekt ten uzyskuje się stosując nierównomierne domieszkowanie bazy - więcej domieszek przy emiterze mniej przy kolektorze.

Złączem p-n nazywane jest złącze dwóch półprzewodników niesamoistnych o różnych typach przewodnictwa: P i N. W obszarze typu N występują nośniki większościowe ujemne (elektrony) oraz unieruchomione w siatce krystalicznej atomy domieszek (donory). W obszarze typu P nośnikami większościowymi są dziury o ładunku elektrycznym dodatnim oraz atomy domieszek (akceptory). W półprzewodnikach obu typów występują także nośniki mniejszościowe przeciwnego znaku niż większościowe. Koncentracja nośników mniejszościowych jest dużo mniejsza niż większościowych.

Domieszkowanie to wprowadzanie obcych jonów/atomów do sieci krystalicznej metalu, półprzewodnika. W zależności od stosunku stopnia utlenienia domieszki do stopnia utlenienia podstawianego jonu/atomu rozróżnia się domieszkowanie: akceptorowe - jony/atomy wprowadzanej domieszki charakteryzują się wyższą wartościowością niż jon/atom podstawiany; w ten sposób w paśmie energii wzbronionej powstaje pasmo akceptorowe położone poniżej dna pasma przewodnictwa; donorowe - jony/atomy wprowadzanej domieszki charakteryzują się niższą wartościowością niż jon/atom podstawiany; w ten sposób w paśmie energii wzbronionej powstaje pasmo donorowe położone powyżej krawędzi pasma walencyjnego, jonami o tej samej wartościowości.

Złącze PN spolaryzowane w kierunku zaporowym charakteryzuje pewna pojemność elektryczna, która (nieliniowo) zależy od szerokości obszaru zubożanego - jest to tzw. pojemność złączowa (C_j). Szerokość obszaru zubożanego zależy od przyłożonego zewnętrznego napięcia, dzięki czemu pojemność może być regulowana napięciem - jest to wykorzystywane w diodach pojemnościowych.

Dioda półprzewodnikowa to dwukońcówkowy element półprzewodnikowy. Zbudowana jest z dwóch warstw półprzewodnika, odmiennie domieszkowanych - typu n i typu p, tworzących razem złącze n-p, lub z połączenia półprzewodnika z odpowiednim metalem - dioda Schottky'ego. Końcówka dołączona do obszaru n to katoda, a do obszaru p - anoda. Element ten charakteryzuje się jednokierunkowym przepływem prądu - od anody do katody, w drugą stronę prąd nie płynie (zawór elektryczny).

Podstawową cechą diod półprzewodnikowych jest prostowanie (tj. umożliwianie przepływu prądu tylko w jedną stronę) prądu przemiennego, jednak ich gama zastosowań jest o wiele szersza, w związku z tym rozróżniamy następujące rodzaje diod: prostownicza - jej podstawową funkcją jest prostowanie prądu przemiennego, stabilizacyjne (stabilistory, diody Zenera) - stosowana w układach stabilizacji napięcia i prądu, tunelowe - dioda o specjalnej konstrukcji, z odcinkiem charakterystyki o ujemnej rezystancji dynamicznej, pojemnościowe (warikap) - o pojemności zależnej od przyłożonego napięcia, LED (elektroluminescencyjne) - dioda świecąca w paśmie widzialnym lub podczerwonym, laserowe, mikrofalowe (np. Gunna), detekcyjne - niewielkiej mocy, używane w układach demodulacji AM, fotodioda - dioda reagująca na promieniowanie świetlne (widzialne, podczerwone lub ultrafioletowe).

Napięcie progowe jest zdefiniowane jako napięcie przy którym prąd kolektora osiąga wartość równą 0,001 Ic. Po przyłożeniu napięcia większego od napięcia progowego Ut zapewniającego inwersję w obszarze między źródłem a drenem powstaje kanał.

FOTOLITOGRAFIA

1. Nakładanie ciekłej emulsji światłoczułej (fotorezystu) na powierzchnię utlenionej płytki podłożowej.

2. Po wysuszeniu emulsji w temp. ok. 150 *C, naświetlanie powierzchni płytki przez specjalną maskę kontaktową (fotomaskę) promieniowaniem nadfioletowym.

3. Wywołanie i utrwalenie warstwy światłoczułej, która w wyniku tych czynności tworzy negatywowy obraz fotomaski, czyli odsłania tylko tę część powierzchni płytki która była oświetlana.

4. Poddanie płytki działaniu kwasu fluorowodorowego w celu wytrawienia okna w odsłoniętej części płytki

5. Usunięcie warstwy emulsji (działając przy podwyższonej temperaturze takimi odczynnikami nieorganicznymi jak kwas siarkowy lub azotowy.

DIODY

U_T(293K) = 25 mV

I_D - prąd diody

I_S - prąd nasycenia

U_D - napięcie na diodzie

U_T - potencjał elektrokinetyczny

U_T - potencjał elektrokinetyczny

k - stała Boltzman'a (k = 1,380662 * 10^-23 [J / K])

q - ładunek elementarny (q = 1,6021892 * 10^-19 [C])

T - temperatura bezwzględna

SCHEMAT ZASTĘPCZY DIODY

A - anoda

K - katoda

r_d - rezystancja dynamiczna

R_s - rezystancja szeregowa

C_j - pojemność złączowa

C_d - pojemność dyfuzyjna

C_j - pojemność złączowa

C_jo - pojemność złącza przy U=0V

U - napięcie na diodzie

U_p - napięcie progowe

m - wykładnik zależny od rozkładu domieszek w złączu

(dla SI: m=1/2 w złączu p-n skokowym, m=1/3 w złączu p-n liniowym)

C_d - pojemność dyfuzyjna diody

 - czas życia nośników mniejszościowych nadmiarowych w bazie diody

r_d - rezystancja dynamiczna

TRANZYSTOR BIPOLARNY

stan aktywny i stan nasycenia

stan zatkania

stan nasycenia

I_E - prąd emitera

I_B - prąd bazy

I_C - prąd kolektora

 - wzmocnienie prądowe w układzie OB

 - wzmocnienie prądowe w układzie OE

MODEL MAŁOSYGNAŁOWY TRANZYSTORA BIPOLARNEGO

B - baza

E - emiter

C - kolektor

u_be - napięcie wejściowe

g_be - konduktancja wejściowa

g_m - transkonduktancja

g_m - transkonduktancja

g_be - konduktancja wejściowa

b - wzmocnienie prądowe w układzie OE

g_be - konduktancja wejściowa

r_we - rezystancja wejściowa

TRANZYSTOR POLOWY - STAN NIENASYCENIA

I_D - prąd drenu

B - parametr [A/V]²

U_GS - napięcie bramka-źródło

U_p=U_{G Soff} - napięcie odcięcia

U_DS - napięcie dren-źródło

TRANZYSTOR POLOWY - STAN NASYCENIA

U_{D SAT} - napięcie nasycenia

U_GS - napięcie bramka-źródło

U_p=U_{G Soff} - napięcie odcięcia

I_DS - prąd drenu w nasyceniu

B - parametr [A/V]²

I_C - prąd kolektora

U_GS - napięcie bramka-źródło

U_p=U_{G Soff} - napięcie odcięcia

WYKAZ NAJWAŻNIEJSZYCH STAŁYCH

k- Stała Boltzmanna 1,380658× 10^-23 [J/K]

q- Ładunek elementarny 1,60217733 [C]

U_{T=300 K}- Potencjał elektrokinetyczny kT/q

25,852[V]

I_D- Prąd płynący przez diodę I_D=I_S× [exp(U_D/U_T)-1]

I_S- Prąd nasycenia równy prądowi wstecznemu

10^-12 - 10^-9[A]

U_D- Napięcie na diodzie [V]

r_d- Rezystancja różniczkowa r_d = dU/dI

r_T Rezystancja przyrostowa całkowita r_T = r_d + R_S

R_S- Rezystancja szeregowa diody

C_j- Pojemność złączowa (warstwy zaporowej) [F]

C_d- Pojemność dyfuzyjna

C_d = dQt /dU

C_d = 1/r_d × t /2 [F]

C_j- Pojemność złączowa (warstwy zaporowej)

Cj=C_jo/(1-U/Up)^m

CHARAKTERYSTYKA ZŁĄCZA p-n

FUNKCJA FERMIEGO

Dla elektronów

Dla dziur

POŁOŻENIE POZIOMU FERMIEGO W ZALEŻNOŚCI OD KONCENTRACJI DOMIESZEK

WPŁYW TEMPERATURY NA KONCENTRACJĘ DOMIESZEK

---