Класифікація напівпровідникових електронних приладів

Напівпровідникові прилади розділяють по їх функціональному призначенню, а також по кількості електронно-діркових переходів.

Електронно-дірковий перехід це проміжний перехідний шар між двома областями напівпровідника, одна з яких має електронну провідність (n - типу), а інша – діркову (р - типу). Вся сукупність напівпровідникових приладів розділяється на ті, що не мають переходів, з одним, двома і більш переходами (рис 1)

Рис. 1

Застосування приладів, що не мають переходів засноване на використанні фізичних процесів, що відбуваються в об'ємі напівпровідникового матеріалу. Прилади, в яких використовується залежність електричного опору напівпровідника від температури, називаються термісторами. До цієї групи приладів входять терморезистори (їх опір на декілька порядків падає при збільшенні температури), а також позисторы (їх опір збільшується із збільшенням температури). Терморезистори і позисторы застосовуються для вимірювання і регулювання температури, в ланцюгах автоматики і так далі

Як нелінійні опори застосовуються напівпровідникові прилади, в яких використовується залежність опору від величини прикладеної напруги. Такі прилади називаються варисторами. Їх застосовують для захисту електричних ланцюгів від перенапруження, в ланцюгах стабілізації і перетворення фізичних величин.

Фоторезистор, це прилад, у фото чутливому шарі якого при опромінюванні світлом виникає надмірна концентрація електронів, а їх опір зменшується.

Велику групу представляють напівпровідникові прилади з одним р-n переходом і двома виводами для включення в схему. Їх загальна назва – діоди.

Розрізняють діоди випрямні, імпульсні і універсальні. До цієї групи відносяться стабілітрони (вони застосовуються для стабілізації струмів і напруги за рахунок значної зміни диференціального опору пробитого р-n переходу). Варікапи (ємкість їх р-n переходу залежить від величини прикладеної напруги), фото і світлодіоди і тому подібне

Напівпровідникові прилади з двома і більш р-n переходами, трьома і більш виводами називаються транзисторами. Дуже велика кількість транзисторів, що розрізняються по функціональних і іншим властивостям, розділяють на дві групи – біполярні і польові. До цієї ж групи приладів (з трьома і більш р-n переходами) можна віднести прилади перемикання – тиристори.

Самостійну групу приладів представляють інтегральні мікросхеми (ІМС).

ІМС – це виріб, що виконує певну функцію перетворення або обробки сигналу (посилення, генерація, АЦП і так далі) Вони можуть містити десятки і сотні р-n переходів і інших електрично сполучених елементів. Всі інтегральні мікросхеми діляться на два класи, що сильно відрізняються один від одного:

- напівпровідникові ІМС;

- гібридні ІМС.

Напівпровідникові ІМС представляють напівпровідниковий кристал, в товщі якого виконуються діоди, транзистори, резистори і інші елементи. Вони мають високий ступінь інтеграції, малу масу і габарити.

Основу гібридної ІМС представляє пластина діелектрика, на поверхні якої у вигляді плівок нанесені компоненти схеми і з'єднання (в основному пасивні елементи).

Окрім ділення по кількості р-n переходів і функціональному призначенню напівпровідникові прилади розділяються по величинах потужності, що гранично допускається, і частоти (см. рис. 2.)

Рис. 2

Електронно-дірковий перехід

У чистому напівпровіднику, при температурі вище за абсолютний нуль за шкалою Кельвіна генерується два види рухомих носіїв зарядів – електрон і дірка. За наявності таких носіїв напівпровідника набуває здатність проводити електричний струм. Електропровідність, обумовлена тільки генерацією пар електрон-дірка, називається власною. Кількісно вона може бути визначена виразом

Форм. 1

де:

; K – заряд електрона; n і p – концентрація рухомих електронів і дірок, причому n=p; – рухливість носіїв.

Концентрація рухомих носіїв заряду залежить від температури, тому

Форм. 2

де: А – константа; Т - температура по Кельвіну; W – ширина забороненої зони; – постійна Больцмана.

Провідність напівпровідників істотно змінюється при додаванні домішці. Так, якщо валентність приміси більше валентності напівпровідника (наприклад атоми фосфору), то концентрація електронів істотно (на 10 – 20 порядків) збільшується. Тому кількісно провідність може бути обчислена виразом

Форм. 3

де n_n – концентрація носіїв домішок.