Доп. УМО ВУЗ РФ по обр. в обл. материаловедения, технологии материалов и покрытий в кач. уч. пос. для студ. ВУЗов, обуч. по напр. подготовки бакалавров и магистров 150100 "Материаловедение и технологии материалов"

Физические основы электроники: Учебное пособие / В.В. Умрихин; Уником Сервис. - М.: Альфа-М: НИЦ Инфра-М, 2012. - 304 с.: ил.; 60x90 1/16. - (Технологический сервис). (переплет)

ISBN 978-5-98281-306-0

Рассмотрены физические законы и явления, на которых основаны принципы построения и работы современных полупроводниковых, вакуумных и плазменных приборов.

Для студентов высших учебных заведений, обучающихся по специальностям 150100 «Материаловедение и технология материалов» и 210700 «Инфокоммуникационные технологии и системы связи».
ВВЕДЕНИЕ 5

ГЛАВА 1. ЭЛЕМЕНТЫ КРИСТАЛЛОГРАФИИ ПОЛУПРОВОДНИКОВ. . 8

1.1. Полупроводниковые материалы 8

1.2. Кристаллическое состояние 9

1.3. Кристаллическая решетка 11

1.4. Кристаллические структуры полупроводников 16

1.5. Типы химической связи в кристаллических структурах 18

1.6. Дефекты кристаллического строения 20

Контрольные вопросы 23

ГЛАВА 2. ЭЛЕМЕНТЫ АТОМНОЙ И КВАНТОВОЙ ФИЗИКИ . . . . 25

2.1. Общая характеристика строения атома. Теория Бора 25

2.2. Квантовые числа 26

2.3. Принцип Паули. Строение электронных оболочек атомов 28

2.4. Волновые свойства микрочастиц 30

2.5. Принцип неопределенности Гейзенберга 33

2.6. Уравнение Шрёдингера 34

2.7. Движение свободной частицы 36

2.8. Частица в прямоугольной потенциальной яме 38

2.9. Прохождение частицы через потенциальный барьер 42

2.10. Квантовый гармонический осциллятор. Понятие о фононах 43

2.11. Водородоподобный атом 47

Контрольные вопросы 48

ГЛАВА 3. ЭЛЕМЕНТЫ ЗОННОЙ ТЕОРИИ ТВЕРДОГО ТЕЛА 50

3.1. Понятие о зонной теории твердого тела 50

3.2. Металлы, диэлектрики и полупроводники в зонной теории 52

3.3. Модель энергетических зон Кронига—Пенни 54

3.4. Эффективная масса электрона. Понятие о дырках 57

3.5. Собственные и примесные полупроводники 60

Контрольные вопросы 63

ГЛАВА 4. СТАТИСТИКА НОСИТЕЛЕЙ ЗАРЯДА

В ПОЛУПРОВОДНИКАХ 65

4.1. Методы описания состояния макроскопической системы 65

4.2. Понятие о квантовой статистике 67

4.3. Фазовое пространство. Плотность состояний 70

4.4. Вырожденные коллективы 73

4.5. Функции распределения Максвелла—Больцмана и Ферми—Дирака .... 75

4.6. Концентрация электронов и дырок в невырожденных полупроводниках. . . 79

4.7. Концентрация носителей и положение уровня Ферми в собственном полупроводнике 81

4.8. Концентрация носителей и положение уровня Ферми в примесных полупроводниках 82

4.9. Неравновесные носители зарядов 88

4.10. Механизмы рекомбинации носителей заряда 92

Контрольные вопросы 96

ГЛАВА 5. КИНЕТИКА НОСИТЕЛЕЙ ЗАРЯДА И ТОКИ

В ПОЛУПРОВОДНИКАХ 98

5.1. Дрейф носителей заряда 98

5.2. Диффузия носителей заряда. Соотношения Эйнштейна 101

5.3. Пространственный заряд 103

5.4. Уравнение непрерывности. Диффузионная длина 104

5.5. Температурная зависимость подвижности носителей заряда 109

5.6. Дрейф носителей заряда в сильных полях 112

Контрольные вопросы 115

ГЛАВА 6. ФИЗИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ ПРИ КОНТАКТЕ

МЕТАЛЛ-ПОЛУПРОВОДНИК 117

6.1. Термоэлектронная работа выхода 117

6.2. Контакт металл—металл. Контактная разность потенциалов 118

6.3. Контакт металл—полупроводник 120

6.4. Выпрямление тока в контакте металл—полупроводник 124

6.5. Омический переход 128

Контрольные вопросы 129

ГЛАВА 7. ФИЗИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ ПРИ ИДЕАЛИЗИРОВАННОМ КОНТАКТЕ ПОЛУПРОВОДНИКОВ И- И/>-ТИПОВ С ОДИНАКОВОЙ ШИРИНОЙ ЗАПРЕЩЕННОЙ ЗОНЫ .131

7.1. Электронно-дырочные переходы 131

7.2. Электронно-дырочный переход в состоянии равновесия 133

7.3. Распределение напряженности электрического поля и потенциала

в электронно-дырочном переходе в равновесном состоянии 137

7.4. Влияние прямого и обратного включения внешнего источника напряжения на состояние р-п-перехода 140

7.5. Вольт-амперная характеристика идеализированного перехода 145

7.6. Электрические параметры электронно-дырочного перехода 150

Контрольные вопросы 154

ГЛАВА 8. ОТЛИЧИЕ РЕАЛЬНЫХ ЭЛЕКТРОННО-ДЫРОЧНЫХ

ПЕРЕХОДОВ ОТ ИДЕАЛИЗИРОВАННОГО 155

8.1. Пробой электронно-дырочного перехода 155

8.2. Полный обратный ток р-п-перехода 161

8.3. Физические процессы, влияющие на прямой токр—«-перехода 163

Контрольные вопросы 165

ГЛАВА 9. ФИЗИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ ПРИ КОНТАКТЕ

ПОЛУПРОВОДНИКОВ С РАЗЛИЧНОЙ ШИРИНОЙ ЗАПРЕЩЕННОЙ ЗОНЫ (ГЕТЕРОПЕРЕХОДЫ) 166

9.1. Понятие о р—л-гетеропереходе 166

9.2. Зонные энергетические диаграммы гетеропереходов 167

Контрольные вопросы 169

ГЛАВА 10. ФИЗИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ В СТРУКТУРЕ С ДВУМЯ

ВЗАИМОДЕЙСТВУЮЩИМИ ПЕРЕХОДАМИ 170

10.1. Конструкция биполярного транзистора 170

10.2. Схемы и режимы включения транзистора 172

10.3. Принцип работы транзистора 173

10.4. Токи в транзисторе в активном режиме 176

10.5. Коэффициент передачи тока 178

10.6. Физические параметры транзистора в активном режиме 181

10.7. Математическая модель транзистора Эберса—Молла 185

10.8. Статические вольт-амперные характеристики идеализированного транзистора в схеме с общей базой 187

10.9. Статические вольт-амперные характеристики реального транзистора

в схеме с общей базой 189

10.10. Инерционные свойства транзистора и эквивалентные схемы 190

Контрольные вопросы 193

ГЛАВА 11. ФИЗИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ В СТРУКТУРЕ

МЕТАЛЛ-ДИЭЛЕКТРИК-ПОЛУПРОВОДНИК (МДП-СТРУКТУРА) 195

11.1. Влияние состояния поверхности на энергетическую зонную

диаграмму полупроводника 195

11.2. Идеальная МДП-структура 198

11.3. Поверхностный потенциал 202

11.4. Эффект поля 204

11.5. Режимы обогащения, обеднения и инверсии 205

11.6. Емкость идеальной МДП-структуры 212

Контрольные вопросы 213

ГЛАВА 12. ФИЗИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ УПРАВЛЕНИЯ ТОКОМ

В ПРИБОРАХ С МДП-СТРУКТУРОЙ 214

12.1. Конструкция МДП-транзистора 214

12.2. Принцип работы МДП-транзистора с индуцированным каналом. ... 216

12.3. Уравнение тока стока МДП-транзистора с индуцированным каналом . . . 218

12.4. Выходные и передаточные характеристики МДП-транзистора с индуцированным каналом 221

12.5. Особенности работы МДП-транзисторов со встроенным каналом . . . 222 Контрольные вопросы 223

ГЛАВА 13. ФИЗИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ УПРАВЛЕНИЯ ТОКОМ КАНАЛА С ПОМОЩЬЮ УПРАВЛЯЮЩЕГО ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО ПЕРЕХОДА 224

13.1. Устройство и принцип действия полевого транзистора с управляющим

р—я-переходом 224

13.2. Статические характеристики ПТ с управляющим я-переходом. . . . 230

13.3. Стокозатворные (передаточные) характеристики ПТ с управляющим

/>-л-переходом 233

13.4. Полевой транзистор с управляющим переходом типа

металл—полупроводник 234

Контрольные вопросы 234

ГЛАВА 14. ФОТОЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ ЯВЛЕНИЯ

В ПОЛУПРОВОДНИКАХ 236

14.1. Поглощение света полупроводниками 236

14.2. Внутренний фотоэффект и фотопроводимость 241

14.3. Фотогальванический эффект 244

14.4. Вольт-амперная и световая характеристики р—«-перехода,

облученного светом 246

Контрольные вопросы 249

ГЛАВА 15. ПЬЕЗОЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ ЯВЛЕНИЯ

В ПОЛУПРОВОДНИКАХ 250

15.1. Прямой пьезоэлектрический эффект 250

15.2. Обратный пьезоэлектрический эффект 255

15.3. Акустоэлектрический эффект 257

Контрольные вопросы 258

ГЛАВА 16. ТЕРМОЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ И ГАЛЬВАНОМАГНИТНЫЕ

ЯВЛЕНИЯ В ПОЛУПРОВОДНИКАХ 259

16.1. Термоэлектрические явления 259

16.2. Гальваномагнитные явления в полупроводниках 268

Контрольные вопросы 273

ГЛАВА 17. ФИЗИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ РАБОТЫ

ЭЛЕКТРОВАКУУМНЫХ ПРИБОРОВ 274

17.1. Общие сведения 274

17.2. Основы эмиссионной электроники 275

17.3. Электростатическое управление плотностью электронного потока

в электронных лампах 281

17.4. Управление током электронного луча в электронно-лучевых приборах . . 284

17.5. Управление положением луча в электронно-лучевых приборах 288

17.6. Физические процессы в газоразрядных приборах 291

Контрольные вопросы 298

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК 299