1tom167

7. ELEKTRONIKA 336

Większe szybkości przełączania (optoelektronika)

Rys. 7.6. Trendy rozwojowe materiałów półprzewodnikowych: szybkość przełączania, odporność temperaturowa, zjawiska optoelektronowe, elementy wiel kopo wierzchnio wc

niemonolityczne, wykorzystując układy cienko- i grubowarstwowe w połączeniu ze scalonymi układami monolitycznymi. Najszybciej rozwijają się układy scalone logiczne i cyfrowe oraz optoelektroniczne.

7.1.2. Elementy półprzewodnikowe dyskretne

Elementem (przyrządem) półprzewodnikowym — krótko elementem — nazywa się całość funkcjonalno-konstrukcyjną (moduł) nierozbieralną i nienaprawialną. Elementy dzielimy na dyskretne, np. dioda, tranzystor itp.. oraz scalone, np. monolityczny wzmacniacz operacyjny, poczwórna bramka NAND typu TTL itp. Omówiono elementy dyskretne. Istotą elementu jest struktura półprzewodnikowa jednorodna (bezłączowa) lub niejednorodna (złączowa).

7.I.2.I. Półprzewodnik jednorodny

Rezystywność półprzewodnika jest odwrotnie proporcjonalna do koncentracji nośników — wzór (7.9). Dzięki temu można wytwarzać w płytce monokrystalicznej ścieżki, których rezystywność różni się znacznie od podłoża. Rezystory monolityczne [7.5] są elementem liniowym, gdy koncentracja nośników wzdłuż ścieżki jest stała, nieliniowym — gdy koncentracja jest zmienna. Stałą materiałową jest rezystancja powierzchniowa, tzw. na kwadrat R_a [fi/D]; warstwy półprzewodnikowe mają 50-^250 f2/Q. Długość ścieżki L przy zadanej rezystancji warstwy R_w, wynosi L = R_wRy [7.5],

Zjawisko Halla. Przy przepływie prądu przez półprzewodnik znajdujący się w polu magnetycznym o indukcji B, na nośniki działa siła Lorenza

±„(£₊i

fxB'j    (7.16)

Przy B _L v następuje odchylenie toru i nierównomierna koncentracja nośników na krawędziach bocznych, prowadząca do pojawienia się napięcia Halla (rys. 7.7).

U, — ^u h — ~^~I_XB-    (7-17)

przy czym: R_H — stała materiałowa, współczynnik Halla: d — grubość płytki.

Zjawisko oddziaływania pola magnetycznego na półprzewodnik, w którym płynie prąd."znajduje zastosowanie w gaussotronach i hallotronach (pomiar indukcji magnetycznej. bezstykowy pomiar natężenia prądu itd.). Pomiar napięcia Halla i rezystywności pozwala na określenie właściwości materiału półprzewodnikowego i sterowanie procesu produkcyjnego. Hallotron (7.17) jest naturalną mnożarką, może służyć do pomiaru mocy przebiegów o dowolnym kształcie [7.5; 7.12],

7.I.2.2. Półprzewodnik niejednorodny. Zjawiska kontaktowe i powierzchniowe

Złącze (kontakt) — rys. 7.8 —jest to powierzchnia rozgraniczająca wewnątrz półprzewodnika dwa obszary’, różniące się:

a)    typem przewodnictwa (domieszek): złącze p-n. p-i, n-i*; zwykłe także koncentracje

są różne N_d # N_a:

b)    wartością koncentracji obu obszarów’ tego samego typu: złącze l-h (ang. lightly--heaoily doped), np. n~n, p~p: jest to tzw. homozłącze (grec. homos —jednakowy, równy).

b)

rr_:

T

I

_L

Rys. 7.&. Złącza: a) homozłącze p-n: b) dwa homozłącza w jednej strukturze półprzewodnika p-i-n; c) hetcroziącze Ge-Si

Heterozłącze jest to powierzchnia rozgraniczająca dwa obszary w ciele stałym, złożonym z dwóch półprzewodników o różnych przerwach energetycznych W_gl # W_g2 (np. Ge-Si, GaAs-GaP). Rozróżnia się heterozłącza anizotypowe, np. p-n ’, oraz izotypowe np. p-p~. Heterozłacza znajdują zastosowanie w elementach optoelektronicznych i mikrofalowych [7.5: 7.12: 7.16].

L waga: W złączu poziom Fermiego jest jednakowy w całym półprzewodniku.

Złącze p-n skokowe (bardzo duży gradient koncentracji n » p) przedstawia rys. 7.9. w stanie nicspolaryzowanym (napięcie zewnętrzne U = 0) na skutek dyfuzji nośników do obszarów o mniejszej ich koncentracji powstaje dipolowa warstwa jonów nieruchomych, zwana zaporową, tworząca ładunek przestrzenny przeciwdziałający dyfuzji (bariera Potencjału U_bp = 0.4 ^0.8 V w Si).

PI, NI.

literaturze naukowej spotyka się oznaczenia typu przewodnictwa pisane dużą literą; wówczas złącze PN.

-- Poradnik inżyniera elektryka tom 1