ELEKTRONICKÉ PRVKY TECHNOLOGIE VÝROBY POLOVODIČOVÝCH PRVKŮ

Podobné dokumenty
Základy elektrotechniky

Základy elektrotechniky

VY_32_INOVACE_06_III./2._Vodivost polovodičů

Projekt: Inovace oboru Mechatronik pro Zlínský kraj Registrační číslo: CZ.1.07/1.1.08/

U BR < 4E G /q -saturační proud ovlivňuje nárazovou ionizaci. Šířka přechodu: w Ge 0,7 w Si (pro N D,A,Ge N D,A,Si ); vliv U D.

Součástky s více PN přechody

Elektronika pro informační technologie (IEL)

Elektrický proud v polovodičích

Elektřina a magnetizmus polovodiče

III. Stacionární elektrické pole, vedení el. proudu v látkách

Neřízené polovodičové prvky

7. Elektrický proud v polovodičích

VY_32_INOVACE_ELT-1.EI-20-VYROBA INTEGROVANEHO OBVODU. Střední odborná škola a Střední odborné učiliště, Dubno

Polovodiče, dioda. Richard Růžička

7. Elektrický proud v polovodičích

2.3 Elektrický proud v polovodičích

Projekt Pospolu. Polovodičové součástky diody. Pro obor M/01 Informační technologie

Nezkreslená věda Vodí, nevodí polovodič? Kontrolní otázky. Doplňovačka

ELEKTRICKÝ PROUD V KAPALINÁCH, PLYNECH A POLOVODIČÍCH

Polovodičové diody Definice

Polovodičové prvky. V současných počítačových systémech jsou logické obvody realizovány polovodičovými prvky.

Sada 1 - Elektrotechnika

Polovodiče. Co je polovodič? Polovodiče jsou látky, jejichž rezistivita leží při obvyklých teplotách v intervalu 10 Ω m až 8

Univerzita Tomáše Bati ve Zlíně

Druhy materiálů, princip vedení, vakuovaná technika. Ing. Viera Nouzová

TYRISTORY. Spínací součástky pro oblast největších napětí a nejvyšších proudů Nejčastěji triodový tyristor

Chlazení polovodičových součástek

Interakce ve výuce základů elektrotechniky

17. Elektrický proud v polovodičích, užití polovodičových součástek

Pedagogická fakulta v Ústí nad Labem Fyzikální praktikum k elektronice 2 Číslo úlohy : 1

Určeno studentům středního vzdělávání s maturitní zkouškou, druhý ročník, polovodiče

Elektronické součástky - laboratorní cvičení 1

způsobují ji volné elektrony, tzv. vodivostní valenční elektrony jsou vázány, nemohou být nosiči proudu

Výukový materiál zpracován v rámci projektu EU peníze školám

Zvyšování kvality výuky technických oborů

Laboratorní práce č. 3: Určení voltampérové charakteristiky polovodičové diody

VY_32_INOVACE_ENI_3.ME_18_Technologie polovodičových součástek. Střední odborná škola a Střední odborné učiliště, Dubno Ing.

Obrázek a/struktura atomů čistého polovodičeb/polovodič typu N

Studijní opora pro předmět Technologie elektrotechnické výroby

Laboratorní práce č. 2: Určení voltampérové charakteristiky polovodičové diody

ELEKTRONICKÉ SOUČÁSTKY

Jméno autora: Mgr. Zdeněk Chalupský Datum vytvoření: Číslo DUM: VY_32_INOVACE_16_ZT_E

Zvyšování kvality výuky technických oborů

VLASTNOSTI POLOVODIČOVÝCH SOUČÁSTEK PRO VÝKONOVOU ELEKTRONIKU

Zvyšování kvality výuky technických oborů

Polovodičové diody. Dělení polovodičových diod podle základního materiálu: Germaniové Křemíkové Galium-arsenid+Au

Zvyšování kvality výuky technických oborů

Zvyšování kvality výuky technických oborů

Nauka o materiálu. Přednáška č.10 Difuze v tuhých látkách, fáze a fázové přeměny

Polovodiče ELEKTROTECHNIKA TO M Á Š T R E J BAL

Zavádění inovativních metod a výukových materiálů do přírodovědných předmětů na Gymnáziu v Krnově. 07_3_Elektrický proud v polovodičích

TECHNOLOGICKÉ PROCESY PŘI VÝROBĚ POLOVODIČOVÝCH PRVKŮ III.

Polovodičové diody Elektronické součástky pro FAV (KET/ESCA)

VEDENÍ ELEKTRICKÉHO PROUDU V LÁTKÁCH

Univerzita Tomáše Bati ve Zlíně

Projekt Pospolu. Polovodičové součástky tranzistory, tyristory, traiky. Pro obor M/01 Informační technologie

Obrázek 1: Schematická značka polovodičové diody. Obrázek 2: Vlevo dioda zapojená v propustném směru, vpravo dioda zapojená v závěrném směru

Mikrosenzory a mikroelektromechanické systémy. Odporové senzory

Zvyšování kvality výuky technických oborů

Tyristor. Tyristor. Tyristor. 1956: Bell Labs Silicon Controlled Rectifier (SCR) 1958: General Electric Thyristor. Výkonové polovodičové součástky

V nejnižším energetickém stavu valenční elektrony úplně obsazují všechny hladiny ve valenčním pásu, nemohou zprostředkovat vedení proudu.

Technologie CMOS. Je to velmi malý svět. Technologie CMOS Lokální oxidace. Vytváření izolačních příkopů. Vytváření izolačních příkopů

Bipolární tranzistor. Bipolární tranzistor - struktura. Princip práce tranzistoru. Princip práce tranzistoru. Zapojení SC.

VÝKONOVÉ TRANZISTORY MOS

Tranzistory. tranzistor z agnl. slova transistor, tj. transfer resisitor. Bipolární NPN PNP Unipolární (řízené polem) JFET MOS FET

Otázka č. 3 - BEST Aktivní polovodičové součástky BJT, JFET, MOSFET, MESFET struktury, vlastnosti, aplikace Vypracovala Kristýna

6. STUDIUM SOLÁRNÍHO ČLÁNKU

Polovodičov. ové prvky. 4.přednáška

Základní druhy tranzistorů řízených elektrickým polem: Technologie výroby: A) 1. : A) 2. : B) 1. :

r W. Shockley, J. Bardeen a W. Brattain, zahájil epochu polovodičové elektroniky, která se rozvíjí dodnes.

TECHNICKÁ UNIVERZITA V LIBERCI

Zvyšování kvality výuky technických oborů

3.5. Vedení proudu v polovodičích

5 Monolitické integrované obvody

Dioda jako usměrňovač

Fyzikální vzdělávání. 1. ročník. Učební obor: Kuchař číšník Kadeřník. Implementace ICT do výuky č. CZ.1.07/1.1.02/ GG OP VK

2.POPIS MĚŘENÉHO PŘEDMĚTU Měřený předmětem jsou v tomto případě polovodičové diody, jejich údaje jsou uvedeny v tabulce:

Otázka č.4. Silnoproudé spínací polovodičové součástky tyristor, IGBT, GTO, triak struktury, vlastnosti, aplikace.

Polovodičové součástky

Opakování: shrnutí základních poznatků o struktuře atomu

Elektronika pro informační technologie (IEL)

Bipolární tranzistory

Vybrané technologie povrchových úprav. Metody vytváření tenkých vrstev Doc. Ing. Karel Daďourek 2008

Přednáška 3. Napařování : princip, rovnovážný tlak par, rychlost vypařování.

Základní pojmy z oboru výkonová elektronika

Mol. fyz. a termodynamika

Tepelné ztráty a chlazení výkonových polovodičových prvků

MĚŘENÍ Laboratorní cvičení z měření Měření parametrů tyristoru část Teoretický rozbor

VY_32_INOVACE_ENI_3.ME_16_Unipolární tranzistor Střední odborná škola a Střední odborné učiliště, Dubno Ing. Miroslav Krýdl

Zvyšování kvality výuky technických oborů

Zvyšování kvality výuky technických oborů

CHLADIČE PRO VÝKONOVÉ POLOVODIČOVÉ SOUĆÁSTKY

3. Diody, tranzistory, tyristory, triaky, diaky. Použitá literatura: Jan Kesl: Elektronika I. a II. Internet

5. ZÁKLADNÍ FYZIKÁLNÍ PRINCIPY A TECHNOLOGIE FOTOVOLTAICKÝCH SOLÁRNÍCH ČLÁNKŮ

Základy elektrotechniky

1 Polovodiče základní pojmy, vlastnosti. Přechody, diody, jejich struktura, vlastnosti a aplikace.

Elektrický proud. Elektrický proud : Usměrněný pohyb částic s elektrickým nábojem. Kovy: Usměrněný pohyb volných elektronů

Fyzika vedení proudu ve vakuu a v pevné fázi, pásový diagram, polovodiče

Osnova: 1. Polovodiče materiály, dotace 2. Polovodičové diody 3. Dynamické parametry. 5. Aplikace diod

Transkript:

ELEKTRONICKÉ PRVKY TECHNOLOGIE VÝROBY POLOVODIČOVÝCH PRVKŮ Polovodič - prvek IV. skupiny, v elektronice nejčastěji křemík Si, vykazuje vysokou čistotu (10-10 ) a bezchybnou strukturu atomové mřížky v monokrystalu. Polovodič typu P - má příměs prvku, akceptoru, který má o jeden valenční elektron méně než základní polovodič - nejčastěji bór B. Vodivost polovodiče P je způsobena pohybem děr po valenčních elektronech - děrová vodivost. Polovodič typu N - má příměs prvku, donoru, který má o jeden valenční elektron více než základní polovodič - nejčastěji fosfor P. Vodivost polovodiče N je způsobena pohybem přebytečných valenčních elektronů - elektronová vodivost. Základní materiál polovodičových součástek - monokrystalický polovodivý materiál 1

Monokrystaly - připrava z krystalového zárodku, např. tažením z taveniny v kelímku (monokrystaly o průměru až 500 mm, délce až 180 cm a hmotnosti do 100 kg). Hotové monokrystaly rozřezány na tenké destičky (tloušťka cca 1 mm) na povrchu leptány, broušeny a leštěny Technologie výroby polovodičových prvků vertikální uspořádání polovodičových součástek - PN přechody vytvářeny tak, že do krystalu jsou zaváděny s definovaným gradientem koncentrace a úrovní dotující příměsi. horizontální uspořádání v polovodičových součástkách umožňuje volbu plošné distribuce příměsí v polovodičovém substrátu maska (zabrání vniknutí příměsí tam, kde jsou nežádoucí) Vertikální uspořádání Přechody PN lze připravit: sléváním, difúzí, růstem epitaxní vrstvy, iontovou implantací. Slévání přechod PN vznikne na rozhraní slitiny dotující látky a základní polovodičové desky při vyšší teplotě vytváří strmý přechod s širokou tolerancí výroba nejstarších germaniových polovodičových prvků Difuze nejčastější postup pro výrobu přechodů destička základního materiálu umístěna v prostředí s vysokou teplotou (pro Si asi 500 o C) za přítomnosti páry difuzního prvku proces je poměrně dobře řiditelný a reprodukovatelný, vytvořené přechody jsou ale pozvolné 2

Epitaxní růst nejčastěji připravovány polotovary mající na povrchu tenké vrstvy, do kterých jsou dále vytvářeny struktury polovodičových součástek z plynné fáze, kdy se polovodivý materiál uvolňuje tepelným rozkladem vhodné látky nebo z kapalné fáze, kdy dochází ke krystalizaci z přesyceného roztoku dotace epitaxní vrstvy se provádí přimíšením dotační látky do pracovního prostředí (plyn, kapalina) tak, že dotace epitaxní vrstvy je v celé její tloušťce konstantní. Iontová implantace moderní technologie - umožňuje připravovat přechody bez dlouhodobého ohřevu na vysokou teplotu. tzv. iontovým implantátorem hloubka přechodu je určena energií iontů, tj. urychlovacím napětím. množství nastřelených iontů je dáno součinem doby implantace a hustoty iontového svazku, (ze měřit jako elektrický proud) 3

Horizontální uspořádání umožňuje v polovodičových součástkách volbu plošné distribuce příměsí v polovodičovém substrátu maska (zabrání vniknutí příměsí tam, kde jsou nežádoucí) Fotolitografický postup vytvoření masky z SiO 2 pro difúzi Vyrobený polovodičový systém čip ochrana před vlivy prostředí opatření vnějšími vývody termokompresí nebo ultrazvukovým svářením vodičem o průměru několika setin mm z Au nebo Al zapouzdření - různé druhy pouzder (kovová se skleněnými průchodkami, pouzdra keramická, pouzdra plastová), nezbytná schopnost odvádět do okolí teplo vznikající v čipu 4

CHLAZENÍ ELEKTRONICKÝCH PRVKŮ Maximální teplota čipu t cmax - nesmí být ani krátkodobě překročena pro křemík t cmax = = 150 o C až 210 o C, pro germanium t cmax = 90 o C teplo vytvořené ztrátovým výkonem P z čipu prvku musí být odváděno Pro ustálený stav: teplotní spád mezi čipem o teplotě t c a okolním prostředím o teplotě t 0 je úměrný ztrátovému výkonu P a celkovému teplotnímu odporu R t kde: t = t t = P.R = P. R c o t i t je oteplení čipu [K] P ztrátový výkon prvku [W] t c teplota čipu [K] R t celkový teplotní odpor [KW -1 ] t o teplota okolí [K] R i dílčí teplotní odpory [KW -1 ] Ztrátový výkon P z určíme: a) jednoduché elektronické prvky (diody, tranzistory) - střední hodnota součinu přiváděného napětí a proudu v čase P = 1 z T T 0 u(t)i(t)dt b) součástky složitější konstrukce (zesilovače, stabilizátory napětí aj.) - vhodnější je určení P z jako rozdíl výkonu přiváděného k obvodu P in a výkonu odevzdávaného obvodem P out. P = P P z in out 5

Příklad chlazení výkonového tranzistoru Teplotní odpor pouzdra prvku R p - udáván v katalogu Teplotní odpor chladiče R ch - nejlépe pro danou konstrukci zjistit experimentálně, měřením. Závisí na: velikosti plochy chladiče, ale také na její povrchové úpravě, poloze a proudění okolního vzduchu. Zhruba platí, že 1 dm 2 černěné plochy má teplotní odpor R = 6,5 KW -1. Určení velikosti chladiče ve formě čtvercové Al desky s polovodičovým prvkem uprostřed : R c = 65, S c + 2 d. kde S je plocha desky [dm 2 ] d tloušťka desky [mm], R c celkový teplotní odpor [KW -1 ] koeficient c závisí na poloze desky a kvalitě jejího povrchu poloha desky čistý povrch černěný povrch vodorovná c = 1 c = 0,5 svislá c = 0,85 c = 0,43 6 4 c

TYRISTOR Tyristor - polovodičová součástka se čtyřvrstvou strukturou PNPN Použití: výkonová elektronika - bezkontaktní spínání proudů blokovací stav - kladný pól zdroje připojen na anodu a záporný pól na katodu, průchodu proudu brání druhý přechod NP; tyristor je ve vypnutém stavu závěrný stav - kladný pól zdroje připojen na katodu a záporný pól na anodu, tyristor je vypnutý přechod z blokovacího stavu do sepnutého stavu přivedením kladného napětí oproti katodě na řídicí elektrodu - tyristor sepne Přerušení řídicího proudu již neovlivní propustný stav tyristoru. 7

Tyristor setrvává v propustném stavu tak dlouho, pokud se proud I A procházející anodou tyristoru nezmenší pod hodnotu vypínacího proudu I AOFF. V sepnutém stavu se tyristor chová jako polovodičová dioda, jejíž vodivost je vyvolávána impulsem řídicího proudu a rušena přerušením anodového proudu. V závěrném směru je tyristor zavřený tak, jako obyčejná dioda. Mezní parametry udává výrobce v katalogu: maximální proud I Amax - je dán mohutností a chlazením PN přechodu, vyrábějí se tyristo ry pro I Amax = 1 A až tisíce A zapínací proud řídicí elektrody I Gmin - má velikost asi tisíciny I Amax vypínací proud I AOFF - má velikost okolo tisíciny maximálního proudu I Amax maximální blokovací napětí U bmax - je 100 V až 6 kv maximální závěrné napětí U Rmax - je 100 V až 6 kv 8