Wykład VI

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>:
E0
- +
m

EF
qBn =m-
qVbi=m--qVn
qVn
q Bn  m  
• Kontakt prostujący metal – półprzewodnik
typu n - dioda Schottky
=
kontakt prostujący metal-półprzewodnik typu p Schottky
Dioda Schottky metal-półprzewodnik typu n

2  qBn / kT
I s  AA T e
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
U=RI
Kontakt omowy
(o niskiej oporności)
U
uwaga: dla półprzewodnika typu p
kontakt jest omowy gdy
m>
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:
1. Tranzystory bipolarne, w których prąd wyjściowy
jest funkcją prądu wejściowego (sterowanie
prądowe).
2. 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
 VGS 
I D  I DSS 1 

 VP 
2
-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,
elektronu w polu E:
średni
pęd
swobodnego
 dp 
 F  eE
 
 dt  pol
Zmiana pędu na skutek zderzeń
 dp 
   p / t p
 dt  zd
W stanie stacjonarnym:
Gestość prądu
 dp 
 dp 
0

 

dt
dt

 pol 
 zd
zatem p  - etΕ
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.
1
m

1
mI

1
m
Fonony akustyczne- sąsiednie
atomy drgają w tej samej fazie
podłużne
u // k
poprzeczne
uk
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
w
optyczne
podłużne:
akustyczne
u // k
poprzeczne: u  k
p/a
0
k
p/a
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)