Využití vlastností polovodičových přechodů Oblast prostorového náboje elektrické pole na přechodu Propustný směr difůze majoritních nosičů Závěrný směr extrakce minoritních nosičů Rekombinace na přechodu PN LED, LASER, Peltierův jev Fotodioda generace v oblasti prostorového náboje Generace nosičů mimo oblast prostorového náboje nemá význam. Šířka polovodičového přechodu závislost na přiloženém napětí Průraz polovodičového přechodu závislost na koncentraci příměsí Změna koncentrace nosičů změna typu vodivosti (inverze) Kombinací funkce základních součástek (dioda, BT, FET): Tyristor, Triak, Tranzistor IGBT, struktury CCD FEKT VUT v Brně ESO / P5 / J.Boušek 1 Generace nosičů v oblasti prostorového náboje: Vnitřní elektrické pole nosiče rozdělí díry do P, elektrony do N FEKT VUT v Brně ESO / P5 / J.Boušek 2 Fotodioda hradlový článek Bipolární tranzistor interakce dvou přechodů PN Kolektor odsává minoritní nosiče Proud přechodu je tvořen převážně nosiči z emitoru kolektor P B báze w N smyčka 2 B + + + + + + u P u BE BE P smyčka 1 smyčka 1 emitor u CE Odporový režim - rychlý detektor Hradlový režim solární článek Koncentrace příměsí v emitoru je mnohem větší než v bázi Difúze nosičů z emitoru Difúze nosičů z emitoru je řízena potenciálem báze FEKT VUT v Brně ESO / P5 / J.Boušek 3 FEKT VUT v Brně ESO / P5 / J.Boušek 4 Podmínky pro správnou funkci bipolárního tranzistoru Šířka báze - menší než střední difúzní délka minoritních nosičů v bázi w B << L pb Kontakt báze - několik středních difúzních délek minoritních nosičů vzdálen od emitorového přechodu Bipolární tranzistor - majoritní a minoritní nosiče difúze extrakce Kolektor přebírá téměř celý proud emitoru I C = ß.I B B - J C >> L pb Koncentrace příměsí v emitoru - mnohem vyšší než v bázi (typicky 10 2 až 10 4 krát; proud přechodu EB je tvořen nosiči z emitoru) N AE >> N DB difúze extrakce ß proudový zesilovací činitel Plocha kolektoru - větší než plocha emitoru rekombinace S C > S E FEKT VUT v Brně ESO / P5 / J.Boušek 5 FEKT VUT v Brně ESO / P5 / J.Boušek 6 1
Normální režim Bipolární tranzistor Inverzní režim Bipolární tranzistor kvazineutrální oblasti přechodů Režim : Závěrný Normální aktivní Inverzní aktivní Saturační FEKT VUT v Brně ESO / P5 / J.Boušek 7 FEKT VUT v Brně ESO / P5 / J.Boušek 8 Bipolární tranzistor - charakteristiky Pracovní bod tranzistorového zesilovače Proudový zdroj Proud určuje potenciál báze Potenciál báze řídí proud emitoru Vnucený proud způsobí úbytek napětí Pro maximální rozkmit signálu Proudový zdroj FEKT VUT v Brně ESO / P5 / J.Boušek 9 FEKT VUT v Brně ESO / P5 / J.Boušek 10 Princip tranzistorového zesilovače Změna vstupního napětí Změna bázového proudu Změna proudu Změna proudu způsobí změnu úbytku napětí Přechod GS : - v závěrném směru - rozšiřuje se - zaškrcování kanálu S-D U BE mv I B µa I C β. I B 100 µa U RC I C. R C 100 mv FEKT VUT v Brně ESO / P5 / J.Boušek 11 FEKT VUT v Brně ESO / P5 / J.Boušek 12 2
id UDSsat uds > UDSsat UMEL FEKT VUT V BRNĚ G a) S P + N P + G D uds > 0 ugs < 0 i bod b) depletiční oblast uds = 0 IDSsat úsek 3 - saturace c) 0 1 2 3 4 5 uds = 5 V úsek 2 - změna sklonu v důsledku zužování kanálu d) bod zaškrcení lineární úsek 1 UDSsat uds e) UDSsat uds L L FEKT VUT v Brně ESO / P5 / J.Boušek 13 FEKT VUT v Brně ESO / P5 / J.Boušek 14 b) Kanál N a) FEKT VUT v Brně ESO / P5 / J.Boušek 15 Kanál P FEKT VUT v Brně ESO / P5 / J.Boušek 16 Tranzistor IG-FET změna koncentrace nosičů Tranzistor IG-FET změna koncentrace nosičů Inverzní vrstva: - kompenzace náboje hradla - vodivý kanál spojí oblasti S a D - zavírání kanálu napětím U GD FEKT VUT v Brně ESO / P5 / J.Boušek 17 Obohacení Inverze FEKT VUT v Brně ESO / P5 / J.Boušek 18 3
Tranzistor IG-FET změna koncentrace nosičů Tranzistor IG-FET změna koncentrace nosičů Trvalý kanál N Indukovaný kanál N Trvalý kanál P Indukovaný kanál P FEKT VUT v Brně ESO / P5 / J.Boušek 19 FEKT VUT v Brně ESO / P5 / J.Boušek 20 Struktura CCD odsávání minoritních nosičů Struktura CCD odsávání minoritních nosičů Hloubka potenciálové jámy je daná napětím. Náboj minoritních nosičů kompenzuje náboj na elektrodě. Zachycený náboj : dostupné minoritní nosiče. FEKT VUT v Brně ESO / P5 / J.Boušek 21 FEKT VUT v Brně ESO / P5 / J.Boušek 22 Struktura CCD odsávání minoritních nosičů Struktura CCD odsávání minoritních nosičů Přenos náboje: - třífázový systém elektrod - stejná odsávací schopnost - přesun náboje FEKT VUT v Brně ESO / P5 / J.Boušek 23 FEKT VUT v Brně ESO / P5 / J.Boušek 24 4
5
6
7
8
9