Детальная информация

В учебном пособии системно изложены физические основы полупроводниковой электроники. Рассмотрены процессы диффузии и дрейфа подвижных носителей заряда, анализированы примеры их взаимосвязи и применения в полупроводниковых приборах. В пособии детально анализируются термоэлектрические явления, а также особенности движения электронов и дырок в полупроводнике под воздействием магнитных полей. Рассмотрены механизмы генерации и рекомбинации носителей заряда, электронное строение приповерхностной области и физические принципы работы различных полупроводниковых переходов. Значительное внимание уделено взаимодействию светового излучения с полупроводниками и p-n-переходами, включая процессы излучения света. Пособие предназначено для студентов высших учебных заведений, обучающихся по направлениям подготовки «Техническая физика» и «Электроника и наноэлектроника». Оно также будет полезно студентам, изучающим дисциплину «Электроника» в рамках направлений «Радиотехника» и «Инфокоммуникационные технологии и системы связи».

This training manual systematically presents the physical fundamentals of semiconductor electronics. It examines the processes of diffusion and drift of mobile charge carriers and analyzes examples of their interrelationship and application in semiconductor devices. The manual provides a detailed analysis of thermoelectric phenomena, as well as the characteristics of electron and hole motion in semiconductors under the influence of magnetic fields. It examines the mechanisms of charge carrier generation and recombination, the electronic structure of the surface region, and the physical principles of operation of various semiconductor junctions. Considerable attention is paid to the interaction of light radiation with semiconductors and p-n junctions, including light emission processes. The training manual is intended for students of higher education institutions studying in the majors “Technical Physics” and “Electronics and Nanoelectronics”. It will also be useful for students studying the “Electronics” discipline within the majors “Radio Engineering” and “Information and Communication Technologies and Communication Systems”.

• ОГЛАВЛЕНИЕ
• ВВЕДЕНИЕ
• Глава 1. ЭЛЕКТРОННАЯ СТРУКТУРА КРИСТАЛЛОВ
• 1.1. Энергетические уровни атомов
• 1.2. Энергетические зоны кристаллов
• Глава 2. ЭЛЕКТРОНЫ И ДЫРКИ В ПОЛУПРОВОДНИКАХ
• 2.1. Собственная проводимость
• 2.2. Примесная проводимость. Полупроводник n-типа
• 2.3. Примесная проводимость. Полупроводник р-типа
• 2.4. Распределение электронов по энергиям в пределах энергетических зон
• 2.5. Эффективная масса электрона. Квантовомеханическое понятие электрона и дырки в кристалле
• 2.6. Равновесная концентрация свободных носителей в собственных и примесных полупроводниках
• 2.7. Уровень ферми на энергетической диаграмме собственного полупроводника
• 2.8. Взаимосвязь концентраций подвижных носителей и уровень Ферми в примесных полупроводниках
• Глава 3. ДВИЖЕНИЕ НОСИТЕЛЕЙ ЗАРЯДА В ПОЛУПРОВОДНИКАХ
• 3.1. Хаотическое движение
• 3.2. Дрейф подвижных носителей заряда. Дрейфовые токи
• 3.3. Диффузия подвижных носителей заряда. Диффузионные то
• 3.4. Уравнение непрерывности
• 3.5. Взаимосвязь диффузии и дрейфа заряженных частиц
• 3.6. Движение носителей в сильных электрических полях
• 3.7. Эффект Холла
• Глава 4. ГЕНЕРАЦИЯ И РЕКОМБИНАЦИЯ НОСИТЕЛЕЙ ЗАРЯДА
• 4.1. Тепловая генерация
• 4.2. Ударная генерация
• 4.3. Полевая генерация
• 4.4. Световая генерация
• 4.5. Рекомбинация подвижных носителей заряда. Механизмы рекомбинации
• 4.6. Диффузионная длина неосновных носителей в примесных полупроводниках
• 4.7. Время жизни неосновных носителей в полупроводнике. Уравнение генерации–рекомбинации
• Глава 5. ПОВЕРХНОСТНЫЕ ЯВЛЕНИЯ В ПОЛУПРОВОДНИКАХ
• 5.1. Особенности электронного строения приповерхностной области полупроводника
• 5.2. Эффект поля в полупроводниках
• 5.2.1. Режим обеднения
• 5.2.2. Режим инверсии
• 5.2.3. Режим обогащения
• Глава 6. КОНТАКТНЫЕ ЯВЛЕНИЯ В ПОЛУПРОВОДНИКАХ
• 6.1. Идеальный электронно-дырочный переход (p–n-переход)
• 6.1.1. P–n-переход в равновесном состоянии
• 6.1.2. Прямое включение p–n-перехода
• 6.1.3. Обратное включение p–n-перехода
• 6.1.4. Вольтамперная характеристика идеализированного p–n-перехода
• 6.2. Контакт между полупроводниками одинакового типа проводимости с разной концентрацией примеси
• 6.3. Реальный электронно-дырочный переход
• 6.3.1. Обратное смещение. Токи генерации и утечки
• 6.3.2. Прямое смещение. Ток рекомбинации и влияние сопротивления базы
• 6.4. P–n-переход на основе вырожденных полупроводников
• 6.5. Пробой электронно-дырочного перехода
• 6.5.1. Лавинный пробой
• 6.5.2. Туннельный пробой p–n-перехода
• 6.5.3. Тепловой пробой p–n-перехода
• 6.6. Емкость p–n-перехода
• 6.6.1. Барьерная емкость
• 6.6.2. Диффузионная емкость
• 6.7. Переходные процессы в p–n-переходе
• 6.7.1. Установление прямого напряжения при подаче на переход скачка прямого тока
• 6.7.2. Установление постоянного обратного тока перехода при ступенчатом переключении напряжения с прямого на обратное
• 6.8. Переходы «металл–полупроводник»
• 6.8.1. Выпрямляющий контакт (барьер Шоттки)
• 6.8.2. Омический контакт «металл–полупроводник»
• Глава 7. ФОТОЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ ЯВЛЕНИЯ И СВЕТОИЗЛУЧЕНИЕ
• 7.1. Взаимодействие оптического излучения с полупроводниками. Фотопроводимость
• 7.2. Фоторезистивный эффект. Фоторезистор
• 7.3. Фотоэлектрический эффект в p–n-переходе
• 7.4. Излучение света полупроводниками
• 7.5. Инжекционные светодиоды с p–n-переходами
• БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК