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 qBn =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 qBn / 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 uk 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)