PEE Moduł 12

Wykład 12. Podstawowe elementy półprzewodnikowe

---

Wstęp Półprzewodnikowe elementy i przyrządy elektroniczne, stanowią jedną z najistotniejszych grup elementów, bez której byłby niemożliwy szybki rozwój elektroniki sygnałowej i energoelektroniki. W elektronice sygnałowej przełomowe znaczenie maja lata 1961, 1965, 1971 kiedy to kolejno uruchomiono na skalę przemysłową produkcję cyfrowych układów scalonych, wzmacniaczy operacyjnych oraz mikroprocesorów. Szybki rozwój energoelektroniki zainicjowało opracowanie wielowarstwowych struktur elementów półprzewodnikowych. W 1957 roku zbudowano tyrystor, a w 1982 tranzystor bipolarny z izolowana bramką (IGBT-Isulated Gate Bipolar Transistor). Zakres tematyczny niniejszego wykładu obejmuje omówienie właściwości i charakterystyk roboczych podstawowych elementów półprzewodnikowych bezzłączowych o efekcie objętościowym i powierzchniowym oraz elementów jednozłączowych i wielozłączowych

---

Elementy bezzłączowe można podzielić na dwie grupy: elementy o efekcie objętościowym oraz elementy o efekcie powierzchniowym. Do grupy elementów o efekcie objętościowym zalicza się między innymi: Rezystor półprzewodnikowy Termistory Warystory Fotorezystory Piezorezystory Magnetorezystory Hallotrony Rezonatory piezoelektryczne, a do grupy elementów o efekcie powierzchniowym: Tranzystory z izolowaną bramką Rezystor półprzewodnikowy. Jednym z podstawowych elementów każdego obwodu elektronicznego jest rezystor. W monolitycznych układach scalonych wytwarzanych na bazie kryształu krzemu także rezystory są wykonane z półprzewodnika. Ponieważ rezystywność półprzewodnika odpowiednio domieszkowanego jest opisana zależnością $\rho =\frac{1}{e(n\cdot {\mu }_n+p\cdot {\mu }_p)}$ to jej wartość może być w czasie trwania procesu technologicznego odpowiednio uformowana przez dobór koncentracji i rozkładu domieszek. W ten sposób w warstwie półprzewodnika samoistnego o dużej rezystywności można wytworzyć ścieżkę o wymaganej przewodności. Jeżeli ścieżka ma wymiary długość – l, szerokość – a oraz grubość – h to rezystancja warstwowego rezystora półprzewodnikowego jest równa: $R=\rho \frac{l}{h\cdot a}$ Grubość – h ścieżki rezystora wykonanego w konkretnym procesie technologicznym jest stała, zatem rezystancja rezystora zależy oprócz rezystywności ρ także od długości i szerokości wykonanej ścieżki. $R_0=\rho \frac{l}{a}$ gdzie $R_0=\frac{\rho }{h}$ - rezystywność powierzchniowa warstwy. Wartość $R_0$ jest stała dla danego procesu technologicznego i w zależności od domieszkowania waha się w zakresie 50 ÷ 250 $\mathrm{\Omega }$. Istotne znaczenie praktyczne ma także kształt ścieżki. Często rezystory półprzewodnikowe wykonuje się w postaci meandra co pozwala ograniczyć powierzchnię, którą zajmują oraz zmniejszyć ich indukcyjność własną.

---

---

---

---

---

---

---

---

---

---

---

---

---

---

---

---

---

---

---

---

---

---

---

---

---

---

---

---

---

---

---

---

---

---

---

---

---

---

---