Поиск

Полнотекстовый поиск:
Где искать:
везде
только в названии
только в тексте
Выводить:
описание
слова в тексте
только заголовок

Рекомендуем ознакомиться

Промышленность, производство->Лабораторная работа
После ТК (ТКР) следует диаметр колеса компрессора в сантиметрах (например ТКР – 14). Типоразмерный ряд турбокомпрессоров: 8,5; 11; 14; 18; 3; 34; 40; ...полностью>>
Промышленность, производство->Реферат
При цьому пам’ятаємо, що для заданого інтервалу температур, у якому працює теплова машина, максимальну корисну роботу забезпечує оборотний цикл Карно....полностью>>
Промышленность, производство->Реферат
Основним показником енергетичної ефективності електростанції який характеризує ефективність перетворення хімічної енергії палива у електричну є коефіц...полностью>>
Промышленность, производство->Реферат
Недоліком КЕС є малий коефіцієнт використання тепла (Q), яке отримує робоче тіло у паровому котлі (ПК). При внутрішньому ККД ПТУ біля 40% () та загал...полностью>>

Главная > Реферат >Промышленность, производство

Сохрани ссылку в одной из сетей:

Міністерство освіти і науки України

Вінницький національний технічний університет

Інститут автоматики, електроніки та комп’ютерних систем управління

Факультет ФЕЛТ

Кафедра електроніки

Германієвий дрейфовий транзистор

(n-p-n)

Курсова робота

з дисципліни “Твердотіла електроніка”

Керівник, асистент ____________________ Мельничук О.М.

Студент. гр. ЕП-07 ____________________ Богачов Ю.Ю.

2009

Зміст

Технічне завдання

Анотація

Вступ……………………………………………………………………

1. Аналіз стану питання………………………………………………..

2. Фізика роботи………………………………………………………..

2.1 Принцип дії та основні параметри.............................................

2.2 Вплив режимів роботи на параметри транзисторів..................

2.3 Представлення транзистора у вигляді чотириполюсника........

3. Методика розрахунку.........................................................................

4. Технологія виготовлення....................................................................

Висновки..................................................................................................

Література................................................................................................

Додатки....................................................................................................

АНОТАЦІЯ

В даній курсовій роботі розглянуто принцип роботи n-p-n транзистора; проведено розрахунок електричних параметрів, максимальної робочої частоти, знаходження вихідних характеристик, передаточної характеристики та її крутизну в області насичення за заданими розмірами; до кожного розрахунку розроблено програму мовою програмування Delphi 6.0; проведено тепловий розрахунок транзистора.

ВСТУП

Бурхливий розвиток напівпровідникової електроніки почалося наприкінці 50-х років. В даний час без напівпровідникової електроніки немислиме освоєння космосу й океанських глибин, атомна і сонячна енергетика, радіомовлення і зв'язок, комп'ютеризація й автоматизація, дослідження живих організмів.

Напівпровідникова електроніка вивчається у декількох курсах: фізика напівпровідників, фізика напівпровідникових приладів, мікроелектроніка, технологія напівпровідникових приладів і інтегральних мікросхем. Курс фізики напівпровідникових приладів є власне кажучи фізичною основою мікроелектроніки і поділ між дискретними приладами і мікроелектронікою дуже умовний.

В перші роки свого розвитку інтегральні мікросхеми складалися з ізольованих дискретних елементів, створюваних в одному кристалі і з'єднувальних металевих смужках по поверхні. Їхній сучасний розвиток характеризується використанням об'ємних зв'язків, при яких елементи мають загальну базу і сигнал передається шляхом переносу носіїв заряду з бази одного елемента в базу іншого. Ланцюг елементів із загальною базою вже не можна представити у виді дискретних приладів, а необхідно розглядати як єдиний напівпровідниковий прилад, що виконує функції цілої схеми з дискретних елементів.

Біполярний транзистор - основний напівпровідниковий прилад, що служить для підсилення, генерування, збереження і передачі інформації не тільки в інтегральних схемах, але й в інших пристроях електроніки. Транзистор був винайдений у 1947 р. Теоретичні основи його роботи були опу­бліковані Шоклі в 1949 р. При наступному розвитку теорії транзисторів розроблялися питання підвищення робочих частот, потужності, поводжен­ня транзисторів у режимах перемикання. Одночасно з розвитком теорети­чних основ швидко удосконалювалася технологія виробництва транзисто­рів, що дозволило збільшити потужність, поліпшити частотні властивості, підвищити їхню надійність. Крім того, дослідження в області фізики на­півпровідників, теорії і технології транзисторів не тільки сприяли розвитку інших напівпровідникових приладів, але і допомогли створенню новітньої технології інтегральних схем.

Біполярні транзистори використовуються в космічних апаратах, обчис­лювальних машинах, засобах зв'язку в пристроях автоматики, оптоелект­роніки й інших галузях.

Фундамент сучасної радіоелектронної апаратури складають великі і над великі інтегральні схеми, при цьому основним елементом інтегральних схем є транзистор. Тому вивчення фізичних процесів, які відбуваються в транзисторних структурах дає можливість зрозуміти роботу транзисторів, правильно їх конструювати і застосовувати на практиці [1].

Темою курсової роботи є дрейфовий германієвий n-p-n транзистор.

Метою даної курсової роботи є дослідження фізичних процесів та роботи дрейфового германієвого n-p-n транзистора, визначення основних теоретичних залежностей, які показують зв'язок головних характеристик приладів з електрофізичними параметрами напівпровідникових матеріалів.

1 АНАЛІЗ СТАНУ ПИТАННЯ

ТРАНЗИСТОР — напівпровідниковий прилад, призначений для посилення електричного струму і керування ним. Транзистори випускаються у виді дискретних компонентів в індивідуальних корпусах або у виді активних елементів так званих інтегральних схем, де їхні розміри не перевищують 0,025 мм. У зв'язку з тим що транзистори дуже легко пристосовувати до різних умов застосування, вони майже цілком замінили електронні лампи. На основі транзисторів і їхніх застосувань виросла широка галузь промисловості – напівпровідникова електроніка [2].

Одне з перших промислових застосувань транзистор знайшов на телефонних комутаційних станціях. Сьогодні транзистори і багатотранзисторні інтегральні схеми використовуються в радіоприймачах, телевізорах, магнітофонах, дитячих іграшках, кишенькових калькуляторах, системах пожежної й охоронної сигналізації, ігрових телеприставках і регуляторах усіх видів – від регуляторів світла до регуляторів потужності на локомотивах і у важкій промисловості. В даний час «транзисторизовані» системи вприскування палива і запалювання, системи регулювання і керування, фотоапарати і цифрові годинники. Найбільші зміни транзистор зробив, мабуть, у системах обробки даних і системах зв'язку – від телефонних підстанцій до великих ЕОМ і центральних АТС. Космічні польоти були б практично неможливі без транзисторів. В області оборони і військової справи без транзисторів не можуть обходитися комп'ютери, системи передачі цифрової даних, системи керування і наведення, радіолокаційні системи, системи зв'язку і різноманітне інше устаткування. У сучасних системах наземного і повітряного спостереження, у ракетних військах – усюди застосовуються напівпровідникові компоненти. Перелік видів застосування транзисторів майже нескінченний і продовжує збільшуватися.

У 1954 було зроблено не набагато більше 1 млн. транзисторів. Зараз цю цифру неможливо навіть вказати. Спочатку транзистори коштували дуже дорого, зараз ціни набагато менші.

В наш час існують потужні транзистори розміром як сірникова коробка, що можуть працювати при напругах до тисячі вольт при струмах десятки ампер і на противагу таким пристроям існують великі гібридні інтегральні схеми в яких сотні тисяч біполярних транзисторів можуть міститися на одній підкладці площею 1 см2.

Будуть і далі удосконалюватися й усе ширше застосовуватися такі методи, як іонна імплантація. Розшириться застосування інтерметалічних з'єднань. Транзистори в інтегральних схемах зменшаться в розмірах, стануть більш швидкодіючими, будуть споживати менше потужності. Розвиток транзисторної техніки піде по двох напрямках: будуть нарощуватися робоча потужність і робоча напруга дискретних транзисторів. В області низьких рівнів потужності все більшу роль будуть грати інтегральні схеми. Ціни на них будуть і далі знижуватися. Буде усе більше розширюватися коло застосування інтегральних схем у логічних пристроях, системах контролю і керування, системах обробки інформації для всіх аспектів життя людини і суспільства. У 1960 минулому вперше створені інтегральні схеми усього лише з декількома біполярними транзисторами на мікрокристал. У 1976 ступінь інтеграції перевищила чверть мільйона. ДО 1980 цей показник досяг майже мільйона, а в 2000 наблизився до 10 млн.

2 ФІЗИКА РОБОТИ

2.1 Принцип дії та основні параметри

Біполярні транзистори працюють на основі використання носіїв обох знаків — електронів і дірок, внаслідок чого вони й одержали таку назву. Транзистор р-n-р-типу (мал. 2.1,a) складається з двох р-п-перехідів із загальною базою. Один р-n-перехід включається в прямому напрямку і інжектує у базу дірки, він називається емітером, другий називається колектором, тому що він включається в зворотному напрямку і збирає інжектовані емітером дірки.

При відключеному емітері струм колектора IКБ0 = Інас — зворотному струму n-p- перехіду. Якщо емітер включити в прямому напрямку, то інжектовані їм дірки проходять через базу і збільшують струм колекторного переходу. Частина дірок рекомбінує в об’ємі бази і на її поверхні. Для зменшення цих втрат ширина бази W повинна бути багато менша дифузійної довжини дірок Lр.

Рис. 1. Структура n-p-n транзистора

Енергетична структура n-p-n транзыстора

Емітерний n-p- перехід з базою за таких умов не відрізняється від n-p- переходу з тонкою базою при sК=, тому що електричне поле колекторного n-p- переходу швидко переносить дірки в колектор і рб(x=W)=0. Відповідно вольтамперна характеристика описується формулою

і розподіл концентрації інжектованих носіїв у базі можна вважати практично лінійним.

Структура на мал.1 являє собою підсилювач, зміна струму у вхідному ланцюзі якого (емітері) приводить до зміни струму у вихідному ланцюзі (колекторі). Очевидно, зміна струму колектора в даному випадку не може бути більше зміни струму емітера, тобто коефіцієнт підсилення по струму менше 1. Така схема може дати посилення по потужності, тому що струми емітера і колектора майже рівні, але опір навантажувального резистора Rп багато більше опору емітера при прямому зсуві. Колекторний струм створює на навантажувальному резисторі спад напруги 1кRн, що зміщує колектор у прямому напрямку. Тому для нормальної роботи транзистора необхідно, щоб напруга джерела живлення колектора Uк було завжди більше 1кRн. На цьому заснований принцип дії n-p-n- транзистора. Так само працює і p-n-p- транзистор. Визначимо основні параметри n-p-n- транзистора.

У розглянутому випадку електрод бази є загальним для вхідного і вихідного ланцюгів, тому така схема включення транзистора називається схемою з загальною базою (ЗБ). Підсилювальні властивості транзистора в схемі з ЗБ характеризуються коефіцієнтом передачі струму h21 Б, рівним відношенню зміни вихідного струму до зміни вхідного. Звичайно на транзистор подаються постійні ІЭО й Uко, на які потім накладаються змінні складові. Змінні складові струмів емітера Iэ і колектора Iк можна ототожнити зі змінами цих струмів, тому

(2.1)

Емітерний n-p- перехід включений у прямому напрямку, і струм через нього складається з дірок, инжектованих у n- область, і електронів, инжектованих у р- область: Iэ=Iрэ+Iпэ. Тоді (2.1) можна переписати у вигляді

(2.2)

де =IрЭ/(Iрэ+Iпэ)— ефективність емітера, =Iрк/Iрэ — коефіцієнт переносу, K = Iк/Iрк — ефективність колектора.

Ефективність емітера. Цей параметр визначає частина струму через емітерний n-p- перехід, що відповідає інжекції дірок з p- у n- область. Саме ця частина струму є корисною для роботи транзистора. Як випливає з (2.2),

(2.3)

Для одержання високої ефективності емітера необхідно, щоб Iрэ>>Iпэ. У цьому випадку з урахуванням того, що IР ~Dррп /Lр і Iп ~ Dппр /Lп (3.3) прийме вигляд

(2.4)

З формули видно, що для збільшення  необхідно, щоб np<pn. Тому що пррр = ппрп, то в якості емітерного переходу застосовується несиметричний p-n-перехід, у якому рр>пп. Використовуючи співвідношення і , (2.4) одержуємо

(2.5)

де перший індекс у рухливості позначає знак носія, а другий — у якій області він знаходиться. Вираз (2.5) отримано для n-p- переходу з довгою базою (W>>Lр). У транзисторі W<<LР і при малому рівні інжекції концентрація інжектованих носіїв у колектора близька до нуля, тому що сильне електричне поле колектора несе дірки з прилягаючого шару бази. Оскільки умови переносу інжектованих носіїв заряду через базу транзистора аналогічні умовам переносу в діоді з тонкою базою при sK = 0, то, відповідно, Iпэ ~ Dррп/W. Тоді (2.5) можемо записати у вигляді

(2.6)

Зазвичай p103 Ом-1см-1 , n103 Ом-1см-1, тому  практично дорівнює одиниці

Коефіцієнт переносу. Це основний параметр, що визначає залежність характеристик транзистора від частоти і режимів зсуву. За визначенням = Iрк/IРэ (2.2). Вважаючи, що напруженість електричного поля в базі дорівнює нулю, можна записати

(2.7)

Таким чином, обчислення струмів зводиться до визначення розподілу концентрації інжектованих носіїв у базі р(х) і обчисленню похідних у точках х=0 і х=W.

У робочому режимі через емітер транзистора протікає постійний прямий струм Iэо і на колектор подається постійна зворотня напруга Uко. Вхідний змінний сигнал подається в схемі з ЗБ на емітер і базу. Тому в базі існує постійна складова концентрації інжектованих носіїв, на яку накладається змінна. Нас цікавить посилення змінного сигналу в транзисторі. Записавши так само, як при розгляді еквівалентної схеми n-p- перехіду на малому змінному сигналі, вираз для напруг, струмів і концентрацій у видгляді суми постійної і змінної складових, можна одержати рівняння безперервності для змінної складової концентрації інжектованих носіїв у базі транзистора. Це рівняння має наступний розв’язок:

(2.8)

де постійні А1 і A2 обчислюються з граничних умов.

Зміна концентрації носіїв струму поблизу емітера (х = 0) визначається вхідним сигналом і може бути прийняте p1 = 1, тому що в результаті необхідно обчислити відношення струмів (2.7) і неважливо, у яких одиницях його визначати. Тому A1+A2=1. Оскільки колекторний перехід включений у зворотному напрямку, то його електричне поле витягає неосновні носії з прилягаючої частини бази і їхню концентрацію можна вважати рівною нулю (мал. 1,в). Отже p1(W)= 0 і A1ехр(W/Lр*)+A2ехр(—W/LР*)=0. Розвязуючи разом два останніх рівняння, одержуємо

Підставивши A1 і A2 у (3.8), одержимо

(2.9)



Загрузить файл

Похожие страницы:

  1. ВИ Ленин - политический деятель и человек

    Биография >> Остальные работы
    ... в изменнической деятельности в пользу Германии, Ленин и Зиновьев были вынуждены ... хлебом и миром, оказалось невозможно. Германия пошла на переговоры с Россией, но ... придаток партии большевиков. Заключение мира с Германией (3 марта 1918 г.), продолжение тайных ...
  2. Лекційний курс з основ фізики

    Конспект >> Физика
    ... івпровідниковий діод Приклад: точковий германієвий діод (рис. 37.4). Тонка вольфрамова ... івпровідниковий діод Приклад: точковий германієвий діод (рис. 31.4). Тонка вольфрамова ... івпровідниковий діод Приклад: точковий германієвий діод (рис. 33.4). Тонка ...
  3. Теорія електричних і електронних кіл

    Учебное пособие >> Физика
    ... електрона); m — поправочний коефіцієнт: m = 1 для германієвих р-n переходів і m = 2 для кремнієвих ... зворотного струму в порівнянні з германієвими, унаслідок нижчої концентрац ... значно правішим, ніж у германієвих. Якщо через германієвий діод протікає пост ...
  4. Революция в Германии в 1848 году

    Реферат >> История
    ... демократов о провозглашении в Германии республики и постановил провести ... 8. С. 3—113. новление демократической республики в Германии. В новых исторических условиях, в эпоху империализма ... підпорядкувати Бельгію і захопити лівий берег Рейну. Німецька ж нац ...
  5. Разработка конгрессного туристического продукта для предпринимателей из Германии по Москве

    Реферат >> Физкультура и спорт
    ... социально-экономическими, демографическими и другими ви-дами условий. 1. 2. Туристские ... продукта «Автоконгресс» для предпринимателей из Германии в городе Москва. 3 ПРИЛОЖЕНИЕ 2, ... , крупнейший авиапе-ревозчик Германии после авиакомпании Lufthansa, ...

Хочу больше похожих работ...

Generated in 0.0014760494232178