skripta elektronika idel

8/20/2019 Skripta Elektronika Idel

1/123

СКРИПТА ПОЕЛЕКТРОНИКА

I ДЕЛ- ЗА СТУДЕНТИТЕ НА ФАКУЛТЕТОТ ЗА ИНФОРМАТИКА -


2/123

С О Д Р Ж И Н А

1. ЕЛЕКТРОНСКИ ЕЛЕМЕНТИ_________________________________________4

1.1 Активни елементи_______________________________________________________

1.! Елект"#н$к% &%ли$тик%__________________________________________________

1.' Елект"#н$к% #(тик%_____________________________________________________)

1. Елект"#ни в# *в"$т# тел#________________________________________________+

1., Кв%нтн#-ме %ни ки (#/ле0 н% %т#м#т в# к"и$т%лн%т% "е етк%______________11

1.2 Еми$и3% н% елект"#ни #0 *в"$т# тел#_____________________________________1!

1.4 К%т#0н% *евк%__________________________________________________________1

1.) К%т#0н% *евк% 5% "е("#06к*и3% н% телеви5и$к% $лик% в# %________________12

1.+ Елект"и н% $т"63% ни5 "%5"е0ени /%$#ви и /%$ни *евки_____________________12

1.17 Пл%5м% 0и$(ле3________________________________________________________1)

2. ПОЛУПРОВОДНИЦИ_______________________________________________20

!.1 П#0ви8н#$т н% н#$ителите и ("#в#0лив#$т н% м%те"и3%л#т_________________!1

!.! 9и0#ви (#л6("#в#0ни*и_________________________________________________!!

!.' :ене"%*и3% и "ек#м&ин%*и3% в# (#л6("#в#0ник#т__________________________!2

!. К#н*ент"%*и3% н% н#$ителите в# (#л6("#в#0ник#т_________________________!4

!., Ди;65и3% в# (#л6("#в#0ни*ите__________________________________________'1

!.2 Р%венк% н% к#нтин6итет_________________________________________________''

3. ПОЛУПРОВОДНИЧКА ДИОДА______________________________________33

'.1 Р


3/123

.2 О/"%ни 6в%>% в# "%т%т% н% т"%н5и$т#"#т_______________________________22

.4 М#0ел н% Е&е"$ - М#л 5% т"%н5и$т#"#т____________________________________24

.) Т"%н5и$т#" к%к# елемент н% елект"и н# к#л#_____________________________41

.+ Т"%н5и$т#" к%к# ("екин6в% ____________________________________________4

.17 Р%5ли ни ти(#ви т"%н5и$т#"и__________________________________________42

5. ТИРИСТОР________________________________________________________79

,.1 П#0ел&% и нивни #$н#вни #$#&ини________________________________________4+

,.! О$н#вен ("ин*и( н% "%т% н% ти"и$т#"#т________________________________)!

6. ТРАНЗИСТОР СО ЕФЕКТ НА ПОЛЕ !ЕТ"____________________________#6

2.1 Ан%ли5% н% "%т%т% н% ?@ЕТ____________________________________________)+

2.! Р%т% н% МОA-$т"6кт6"%т%_____________________________________________+7

2.' П"#мен% н% н%(#н#т н% ("%/ $# 3#н$к% им(л%нт%*и3%_______________________+1

2. О0"е06в%>е н% $т"63%т% к%3 МОA@ЕТ_____________________________________+1

2., Ст%ти ки к%"%кте"и$тики н% МОA@ЕТ___________________________________+!

2.2 МОA@ЕТ к%к# елемент н% елект"и н# к#л#_______________________________+,

2.4 МОA@ЕТ к%к# ("екин6в% ______________________________________________+4

2.) СМОA-к#л#____________________________________________________________+)

7. ЕНЕР$ЕТСКИ ПОЛУПРОВОДНИЧКИ ЕЛЕМЕНТИ___________________100

4.1 Ене"/ет$к% 0и#0%______________________________________________________171

4.! Bи(#л%"ен ене"/ет$ки т"%н5и$т#"_______________________________________171

4.' МОA@ЕТ 5% /#лем% м#Cн#$т____________________________________________17!

4. ID9Т_________________________________________________________________17'

4., МСТ_________________________________________________________________17'

#. ЗАСИЛУВАЧИ_____________________________________________________105

).1 Н%(#36в%>е н% 5%$ил6в% #т_____________________________________________17,

).! З%$ил6в%>е___________________________________________________________174

).' З%$ил6в% $# не/%тивн% (#в"%тн% $("е/%_________________________________17)

). О(е"%*и$ки 5%$ил6в% _________________________________________________17+

)., Инве"ти"% ки 5%$ил6в% _______________________________________________117

).2 Неинве"ти"% ки 5%$ил6в% _____________________________________________111

).4 Е0ини ен 5%$ил6в% ___________________________________________________11!

).) Ди;е"ен*и3%лен 5%$ил6в% _____________________________________________11'

).+ Ин$т"6мент%*и#ни 5%$ил6в% и__________________________________________11,

).17 С#&и"% _____________________________________________________________112

).11 Инте/"%т#"___________________________________________________________114

).1! К#м(%"%т#"и_________________________________________________________11+

3


4/123

1. ЕЛЕКТРОНСКИ ЕЛЕМЕНТИЕлектрониката е гранка на науката и техниката која се развила од елек-

тротехниката. Областа од електрониката што се занимава со проучување напојавата на течење електрична струја низ вакуум, гас и цврсти тела и елементитешто работат на тие појави е наречена електронски елементи. Електронскитеелементи влегуваат во состав на градбата на електронските склопови за вршењенекоја електронска функција. Електронските елементи се нарекуваат активниелементи, бидеј и имаат способност за претворање на електричната енергија одеден во друг облик. !о состав на електронските склопови влегуваат иотпорниците, кондензаторите и калемите. "ие се наречени пасивни елементи,бидеј и на нив се создава само пад на напон и тие го одредуваат односот ме#унапонот и струјата низ нив. $асивните елементи уште се нарекуваат и линеарниелементи, бидеј и постои линеарна зависност ме#у напонот и струјата низ нив.%ктивните елементи се нарекуваат и нелинеарни елементи, бидеј и зависностаме#у напонот на краевите од елементот и струјата што тече низ него претставуванелинеарна функција.

1.1 А%&'()' *+*,*)&'%ктивните елементи, главно, се извори на напон и струја чија вредност

мо&е да се управува. !о активните елементи спа#аат' вакуумските и со гасполнетите електронски цевки и полупроводничките елементи. (ај цевките,носители на струјата се електроните што се дви&ат во вакуум или во гас. (ајполупроводничките елементи, електроните и празнините се носители на струја итие се дви&ат низ цврстото тело. !о ова поглавје е се запознаеме со начинот на работа на одделните типови активни елементи и со нивните основни

карактеристики.1.2 Е+*%&- )/% +'/&'%

Електронската балистика се занимава со проучување на дви&ењето нанаелектризираните честици во електрично и магнетно поле. "ерминот е изведенпо аналогија, бидеј и патеките на наелектризираните честици воелектростатичките полиња се слични со патеките на предметите во гравитационополе.

Електронот е елементарна честица со маса и електричен полне&'

C e

kg m)*

+)

)-,)

)),*−

−

⋅−=

⋅=

"ечењето на електричната струја, всушност, е насочено дви&ење наелектрони. Основните големини на електронот ги одредуваат основните особинина електронските елементи. Електронот има мала маса, односно мала инерција, итој мо&е да постигне голема брзина. атоа електронските елементи работат сомногу големи брзини, од редот на стотици милиони промени во една секунда, а ипове е. Електронот е носител на мало количество електричен полне&, поради штониз електронските елементи мо&е да тече многу мала струја што мо&е прецизнода се регулира. атоа електронските елементи работат со мала потрошувачка наенергија, а при нивната работа се постигнува голема точност. Ова се основнитеособини, а наедно и основни предности на електронските системи над другитетехнички системи, како што се механичките, хидрауличните или пневматичкитесистеми, наменети за мерење, контрола и обработка на сигналите во техниката.

(ога електронот, кој има маса / и полне& 0, се нао#а во електрично поле,


5/123

тогаш врз него дејствува сила 1 што е пропорционална на интензитетот наелектричното поле 2'

E q F ⋅= 3).45"ука 1 и 2 се векторски големини. $од влијание на оваа сила доа#а до

забрзување, кочење или отклонување на електронот. 6поред 7 закон на 8утн, ако

на тело со маса / дејствува сила 1, тогаш телото има забрзување а, односнобрзина 9 и тие се поврзани со следната релација'

dt vd

mam F ⋅=⋅= 3).+5Од законот за зачувување на енергијата, ако електронот што има почетна

брзина нула е пренесен од една точка до друга, ме#у кои постои потенцијалната разлика :; , тој е добие брзина 9 дадена со релацијата'

55%ко потенцијалната разлика :; е поголема од ?: брзината на електронот,

според равенката 3).>5, е порасне над )5 не дава точни резултати и мора да се извршаткорекции согласно со законите на релативистичката теорија.

@а сл.).) се прика&ани две паралелни електроди % и ! поставени наме#усебно растојание A, ме#у кои е приклучен напон од батеријата :; . !опросторот ме#у електродите постои електростатско поле 2 со насока од ! кон %.Bнтензитетот на полето во просторот ме#у електродите е константен и изнесува'

d

V E A= 3).=5

Сл.1.1 Дви8е>е н% елект"#н (#меE6 0ве (%"%лелни елект"#0и меE6 к#и (#$т#иелект"#$т%т$к# (#ле F

@а електронот 0, што се нао#а на површината од електродата %, дејствувасилата 1 во насока на електродата C. $од влијание на оваа сила, електронот седви&и кон електродата C, која е на повисок потенцијал во однос на електродата %.6о други зборови, позитивно наелектризираната електрода го привлекуваелектронот што е носител на негативен електричен полне&. Dрзината со којаелектронот удира на електродата ! се одредува од претходната релација 3).>5.

@а сл.).4.а се прика&ани две паралелни плочки % и ! на ме#усебно растојание A. $лочката C е на негативен потенцијал :A во однос на плочката %.Еден електрон ја напушта плочката % со брзина 9E во насока на !. %ко плочката %се земе за референтна и има потенцијал нула, тогаш плочката C е на потенцијал:F-: A. $отенцијалот ме#у плочките опа#а линеарно т.е. :3G5F-2G. !купнатаенергија на електронот H е константна во секој миг и претставува збир одкинетичката енергија H? F/9 4


6/123

qV mv

W W W pk +=+= 4

4

3). 5

Сл.1.!. %G Елект"#н#т 3% н%(6 т% елект"#0%т% А $# (# етн% &"5ин% и $е 0ви8и в#"ет%"0и"% к# (#ле к#н (л# к%т% 9H &G (#тен*и3%лH вG (#тен*и3%лн% ене"/ет$к%&%"ие"%

$ри дви&ењето на електронот од % кон !, се намалува неговата кинетичкаенергија 3брзината му опа#а5, а се зголемува неговата потенцијална енергија.Електронот мо&е најмногу да се оддалечи од % до растојание хE, каде штонеговата кинетичка енергија е стане нула, а потоа е ја промени насоката надви&ење и е се врати на електродата %. !о овој случај, електронот не мо&е дадојде на растојание хJ од електродата %, бидеј и нема доволна почетна кинетичкаенергија која во точката GJ е се претвори во потенцијална енергија. !купнатапочетна енергија H на електронот е помала од потенцијалната енергија во точкатаGJ и електронот не мо&е да помине поголемо растојание од хE од електродата %.

Оттука следува многу ва&ен заклучок дека во шрафираната површинаникогаш нема да се пробие електрон. "ака, во точката K честицата се однесувакако да удрила во цврст Lид, брег, или бариера и насоката на дви&ење е сепромени. Ова уште се нарекува потенцијална енергетска бариера и таа игра ва&наулога во анализата на полупроводниците. @а сл.).4.в е прика&ана потенцијалнатаенергетска бариера што владее во просторот поме#у електродите % и !. Еденелектрон од електродата % за да помине на електродата !, треба да има доволнакинетичка енергија за да ја совлада потенцијалната енергетска бариера, односно

треба да е исполнет условот' d oqV mv ≥54


7/123

Сл.1.'.%. Дви8е>е н% елект"#н в# $и$тем #0 т"и елект"#0и &. П#тен*и3%л в. П#тен*и3%лн%ене"/ет$к% &%"ие"%

Oе#утоа, ако широчината на енергетската потенцијална бариера што требада ја совлада електронот е мала, мо&е да дојде до квантномеханички тунелскиефект, т.е. електронот да помине низ потенцијалната енергетска бариера ипоа#ај и од електродата %, да ја помине електродата C и да заврши на електродата6. Bако според класичната физика, електронот нема доволна енергија да ја поминебариерата, постои одредена мала веројатност, електронот да помине низ бариератаи овој ефект се нарекува Nтунелски ефектN. Оваа појава е објаснета во квантнатамеханика, каде што се зема дека материјалните честици имаат својство набранови, а електромагнетните бранови имаат својство на честици. @а тој начин,електронот што има одредена маса /, при негово дви&ење со брзина 9, мо&е да сеопише со помош на материјални бранови чија бранова дол&инаλ изнесува'

mvh=λ 3).P5

"ука 53), 4Q -+> Js⋅= и се нарекува $ланкова константа. (ога овиебранови е наидат на тесна потенцијална енергетска бариера, постои одреденаверојатност тие да тунелираат низ бариерата, односно електронот да помине низнеа.

%ко електрон се дви&и со брзина 9 во простор каде што постои магнетнополе со магнетска индукција !, на него е дејствува сила K, според релацијата'

Bvq F ×= 3).R5"ука Bv × е векторски производ ме#у брзината на електронот 9 и

магнетската индукција !. $ри векторски производ поме#у два вектора се добиванов вектор чијшто правец е нормален на рамнината во која ле&ат двата вектора, анасоката е определена со правилото на десна завртка, при што првиот вектор седви&и до вториот по најблискиот пат. Ова е илустрирано на сл.).>.

Електронот е се дви&и во круг ако брзината на електронот 9 зафа а аголод * S со насоката на магнетното поле. Kадиусот на кругот T по кој се дви&иелектронот е'

qBmv

r =

$ериодот на ротација " изнесува'

7


8/123

qBm

vr

wT

π π π 444 ===

Сл. 1. . :"%;и ки ("ик%5 н% вект#"$ки ("#и5в#0

1.3 Е+*%&- )/% &'%Електронската оптика е гранка од електрониката што се занимава со

проучување на работата на некои електронски уреди врз основа на аналогијатаме#у патеката на набиената честичка во електрично и магнетско поле и патекатана светлосниот зрак во медиумот на прекршување. Ова е прика&ано на сл.).=. %ко

еден светлосен зрак падне под агол )α

, во однос на нормалата на површинаташто дели две средини со различен индекс на прекршување U) и U4, тогашсветлосниот зрак во другата средина е се дви&и по линија што со нормалатазафа а агол 4α . $ритоа е исполнет законот на 6нел.

@а истата слика е прика&ано дви&ењето на електронот во две средини штосе граничат и во кои владее различен потенцијал :) и : 4. %ко електронот се дви&исо брзина 9), во првата средина каде што владее потенцијал :) и со нормалата награничната површина зафа а агол)α тогаш електронот во втората средина кадешто владее потенцијал :4 е продол&и да се дви&и со брзина 94 и неговата патека

е зафа а агол 4α со нормалата на граничната површина. $ри ова е исполнета

релацијата'

)

4

)

4

4

)

VWUVWU

V

V

v

v ==α

α 3).))5

)

4

4

)

VWUVWU

n

n=α α

акон на 6нел)

4

)

4

4

)

VWUVWU

V

V

v

v ==α

α

Сл.1., Ан%л#/и3% (#меE6 т"%ект#"и3%т% н% $ветл#$ен 5"%к и т"%ект#"и3%т% н% н%&иен%т%е$ти к%

8


9/123

6о помош на електронската оптика се објаснува работата наелектростатските ле и што слу&ат за фокусирање на млаз електрони. @а сл.). еприка&ан пресек на една електростатска ле а составена од две цилиндричниелектроди %) и %4. $оме#у електродите е приклучен променливиот напон : и вопросторот ме#у нив се создава одредено електростатско поле кое е прика&ано со

испрекинати линии со ист потенцијал. !о просторот поме#у електродата %)навлегува млаз електрони со релативно голем напречен пресек. (ога овој млазпоминува во просторот со неуниформно електростатско поле, доа#а дозакривување на патеките на електроните и по нивното излегување од електродата%4 тие се фокусирани на одредено растојание. $оло&бата на фокусот се менува сопромена на напонот : поме#у двете електроди.

Сл.1.2 Елект"#$т%т$к% леC%

1.4 Е+*%&- )' ( (-/& &*+Oатеријалите во цврста состојба ги делиме на аморфни и кристални.

%морфните материјали имаат неправилен распоред на атомите, додекакристалните материјали имаат правилен геометриски распоред на атомите во

кристалната решетка.%томот е најситна честица на материјата. "ој се состои од јадро иелектрони што кру&ат околу јадрото. Xадрото е составено од позитивнонаелектризирани честици протони и електрично неутрални честици неутрони.Електроните се негативно наелектризирани честици што кру&ат околу јадрото построго одредени патеки. %томот е електрично неутрален, т.е. има еднаквопозитивно и негативно количество електричество.6поред моделот на атомот на Dор 3)*)+ год5, електроните што кру&ат околу јадрото, мо&ат да имаат само одредени дискретни енергии. @иту една другаенергија не мо&е да ја поседува електронот. Yозволените дискретни енергетскисостојби се стационарни состојби. (ога електронот се нао#а во некоја стационарна

состојба, тој не емитира енергија и во таа состојба мо&е да остане бесконечнодолго време. %ко електронот поминува од една во друга стационарна состојба, коисе карактеризираат со енергија Еа и Е Z тогаш електронот прима или оддаваодредена енергија. [реквенцијата \ 3во ]^5 на примената или емитиранатаенергија изнесува'

h E E

f ba −= 3).)45

(ога електронот се нао#а во една стационарна состојба, се дви&и по кругсо радиус T. $ритоа, дол&ината на кру&ната патека е целобројна вредност одбрановата дол&инаλ на електронот'

mvnh

nr == λ π 4 3).)+5"ука U е позитивен цел број 3UF), 4, +,...5. !рз основа на последната равенка

9


10/123

мо&е да се изведе изразот за вредностите на енергиите на дискретните енергетскинивоа што мо&е да ги имаат електроните во состав на еден осамен атом.

53,)+ 44

eV n

Z E −= 3).)>5

"ука, _ е бројот на протони што ги содр&и односното јадро, а U е целпозитивен број. !о горната равенка е претпоставено дека надвор од атомотенергијата на електронот е нула.

!о оваа равенка, единица за енергија е електронволт 3`:5 35)-,)) )* J eV −⋅= . Еден електронволт е кинетичка енергија на еден електрон кој

од мирување е забрзан со потенцијална разлика од ):.@а сликата ).P се прика&ани дискретните енергетски нивоа на атомот на

водород кој има само еден протон.!о квантната механика, состојбата на електронот, што е во состав на еден

осамен атом и каде што постои врска поме#у јадрото и електроните, се опишува сопомош на четири квантни броја. Еден од нив е бројот U од претходната равенка, со

кој се означува електронската лушпа и кој ја одредува вкупната енергија наелектронот.

Сл.1.4 Ди3%/"%м н% 0и$к"етните ене"/ет$ки нив#% к%3 %т#м н% в#0#"#06поред П%6лиеви#т ("ин*и( н% 5%&"%н% , во еден систем, каков што е

изолиран атом, не постојат два електрона со исти квантни броеви, односно тиенемаат иста енергија.

%ко атомите се добли&уваат да формираат кристална структура, доа#а доинтеракција ме#у соседните атоми. 6ега, сите атоми од кристалот претставуваатеден систем. Dидеј и за овој систем ва&и $аулиевиот принцип на забрана, доа#адо дислокација на дискретните енергетски нивоа кај одделните атоми и сеформираат енергетски појаси. $о правило, од секое дискретно енергетско ниво кајатомот се формира по еден енергетски појас кај кристалот. @а тој начин, секојелектрон од кристалот има различна енергија. Oе#утоа, бидеј и бројот наелектроните е многу голем, дозволените енергетски нивоа формираатконтинуиран енергетски појас. $ојасите на дозволени енергии, чија вредност наенергијата мо&е да ја има еден електрон, се одделени со појаси на забранетиенергии, т.е. енергии што не мо&ат да ги имаат електроните од атомите вокристалот. "оа е прика&ано на сликата ).R.

@а температура на апсолутна нула, највисокиот енергетски појас, што екомплетно пополнет со електрони, се нарекував%лентен (#3%$ . 6оседниотповисок, што е празен и нема електрони, се нарекува("#в#0ен (#3%$ . $оме#у ниве забранетиот појас, со широчина Еa во кој не мо&е да има електрони. (огатемпературата на кристалот расте, мо&е да се случи некои електрони да добијатенергија поголема од енергијата на забранетиот појас Еa и да поминат од

10


11/123

валентниот во проводниот појас. Dидеј и проводниот појас е празен, овиеелектрони мо&ат да се дви&ат од еден атом до друг атом во кристалот и затоа сенаречени слободни електрони. 6лободните електрони се носители наелектричната струја низ проводниците.

Сл.1.) Ене"/ет$ки (#3%$и н% елект"#ните в# к"и$т%лн% "е етк%

а многу физички особини на цврстите тела, како температурни, оптички,електрични, магнетни и други, меродавни се електроните во валентниот појас накристалот.

6поред електричните својства, материјалите се делат на изолатори,полупроводници и проводници. Ова својство зависи од широчината назабранетиот појас и тоа е прика&ано на сл.).*. Oеталите се добри проводници наелектрична струја бидеј и проводниот и валентниот појас се преклопуваат.$оради тоа, кај металот, на собна температура, има голем број слободниелектрони 3околу )4R електрони во )/+5, што мо&ат да се дви&ат низ металот и дапренесуваат електрична струја. %ко енергијата на забранетиот појас е голема

3Еa F `:5, тогаш на собна температура кај овој материјал има многу малкуслободни електрони 3околу )R електрони во /+5 и тој е изолатор. (ога енергијатана забранетиот појас е релативно мала 3Еa F) `:5, на собна температура, кај овојматеријал има одреден број слободни електрони 3околу ))R електрони во )/+5 итој се нарекува полупроводник. $олупроводниците подетално е бидат разгледаниподоцна.

Сл.1.+ Ст"6кт6"% н% ене"/ет$ките нив#% к%3 и5#л%т#"H (#л6("#в#0ник и ("#в#0ник

1.5 К( )&) ,* )' %' +*8 ) & , & ( %-'/& +) & -* *&%Yа ги разгледаме особините на атомот од квантно-механички аспект. bште

во поглавјето ).4 ука&авме за дуалната природа на материјата. атоа особините наелектронот добро се опишуваат со неговата бранова функција.

cредингеровата равенка се однесува за честичка со маса / која се дви&иво простор каде што нејзината потенцијална енергија е :. Kешението наcредингеровата равенка е брановата функцијdψ , која зависи од координатите на

11


12/123

просторот и времето. $роизводот од брановата функцијаψ и нејзинатаконјугирано комплексна функција eψ , 3 ⋅ψ eψ 5, претставува веројатностдека честичката се нао#а во одредена координата на просторот во еден временскимиг. %ко функцијата на веројатност не зависи од времето, тогаш се вели дека

честичката се нао#а во стационарна состојба. а честичка што се дви&и воеднодимензинална средина, брановата функција изнесува't h E je xt x ,+ +4

)* eV n E F −

⋅= 3).4+5каде што U е број на слободни електрони во еден кубен метар од металот. апоголем број метали, енергијата на [ерми е помала од ) `:.

%ко температурата на металот расте, бројот на слободните електрони вометалот останува ист, ме#утоа се менува нивната распределба по енергиите.Bмено, одреден број слободни електрони е добијат поголема енергија оденергијата на [ерми. Bнтересно е да се истакне дека независно од температуратана материјалот, бројот на слободни електрони што ја имаат енергијата Е1, се

12


13/123

намалува на )


14/123

Сек6н0%"н% еми$и3%. Електронска емисија исклучително порадибомбардирање на површината за емисија со електрони или јони. $ри судиротпримарните електрони со кои се врши бомбардирањето, ја предаваат својатакинетичка енергија на цврстото тело наречено мета. %ко електроните вовнатрешноста на метата примат доволна кинетичка енергија, ја совладуваат

бариерата и излегуваат од метата. "ие се нарекуваат секундарни електрони.Ф#т#еми$и3%. Електронска емисија исклучително поради озрачување наповршината за емисија. Енергијата на светлосните бранови се пренесува водискретни количини наречени фотони. Еден електрон во катодата мо&е да јаприми енергијата само од еден фотон. %ко енергијата на апсорбираниот фотон епоголема од енергијата на бариерата, електронот излегува од металот.

$ри работа на електронските вакуумски цевки за добивање електрони вовакуумот, се користи термоелектронска емисија. (ај термоелектронската емисија,електродата наречена катода се &ари со течење на електрична струја низ неа.$ритоа некои слободни електрони од катодата добиваат енергија поголема оденергијата на бариерата Е и го напуштаат металот. 6трујата натермоелектронската емисија 7Е изнесува'

kT

E

E

W

eAT ! −

= 4 3).4>5(аде што е k површина на катодата, % е константа, а " апсолутна

температура на катодата. (атодата од волфрам се &ари до 4> -4 (, катоди одториум-волфрам до )* (, а катоди од некои оксиди се &арат околу ) -)) (.!исоката температура при работата на вакуумските цевки е нивна лоша страна.

1.7 К & 8) *(%(атодната цевка е основен дел на осцилоскопот. (атодната цевка има

задача електричниот сигнал да го претвори во визуелен сигнал видлив зачовечкото око. @а сл.).)4 е даден пресек на катодната цевка. Елементите накатодната цевка се сместени во стаклен балон, во кој владее вакуум, и таа еаксијално симетрична. $рвиот дел од катодната цевка се нарекува електронскитоп. "ој е сместен во грлото на цевката и има задача да создаде млаз од брзиелектрони. $рвиот дел од електронскиот топ е триелектроден систем со влакно за&арење, катода, решетка наречена !енелтов цилиндар и анода. а&арената катодаеми-тира електрони што ги привлекува анодата која е на повисок потенцијал одкато-дата. Dројот на електроните што одат кон анодата се контролира со напонотна !енелтовиот цилиндар. %нодата во средината е шуплива, така што забрзанитеелектрони продол&уваат да се дви&ат во вториот дел од електронскиот топ. "ука

се сместени неколку цилиндрични аноди 3%) и %4 на сл.).)45, што се приклученина различен потенцијал. Овие електроди дејствуваат како електростатски ле и ивршат фокусирање на млазот на забрзаните електрони што, на крајот, удираат воекранот. Oлазот од брзите електрони што ги создава електронскиот топ поминувапоме#у два чифта паралелни и ме#у себе нормално поставени отклонски плочки.Едниот чифт се нарекува l-плочки, а другиот m-плочки.

@а нивните приклучници се донесуваат два напона :l и : n . $од влијаниена тие напони, поме#у секој чифт плочки се создава електростатско поле штодејствува на млазот електрони и нив ги отклонува. Отклонот од замислената оскана симетријата на цевката е пропорционален на големината на приклучениотнапон и секогаш е во насока нормална на рамнината на плочките. 6о ова,всушност, млазот електрони се отклонува независно во две нормални оскиистовремено, наречени l и m-оска. !ака отклонетиот млаз дополнително се

14


15/123

забрзува во подрачјето за дополнително забрзување, со помош на некој високконстантен напон од неколку киловолти. $ритоа, електроните добиваат потребнаенергија и удираат во екранот од катодната цевка. Екранот е премачкан софлуоресцентен материјал, обично наречен фосфор, а тоа всушност се соли нацинк, кадмиум или берилиум. %ко на ваков материјал удри електрон со доволна

брзина, се јавува светла точка која, во зависност од материјалот на екранот, имазелена, сина, &олта или бела боја. а случајот опишан погоре, на екранот седобива светла точка што се отклонува во две насоки, под влијание на дватаоднадвор приклу-чени напона. Dидеј и светлата точка на екранот се задр&уваизвесно време по престанувањето на дејствувањето на електронскиот млаз, наекранот се добиваат криви што претставуваат зависност на две променливиголемини. Bнтензитетот на добиената слика се контролира со напонот на!енелтовиот цилиндар.

Сл.1.1! К%т#0н% *евк%

(ај катодната цевка со електростатско отклонување, дефинирана ечувствителноста на катодната цевка oЕ како однос поме#у отклонот на светлататочка од средината на екранот и напонот приклучен на отклонските плочки'

A E dV

"L

4= 3).4=5

"ука J е дол&ина на отклонските плочки во насока на дви&ењето наелектроните, f е растојанието на отклонските плочки од екранот, A е растојаниетопоме#у двете паралелни плочки, а :% е напонот поме#у катодата и анодата со кој

се забрзуваат електроните. "ипичната вредност на чувствителноста се дви&и од,) до ), //


16/123


17/123

цевката е константен и не зависи од струјата. "ој се нарекува напон на горење :3подрачје 1-@5. 6ега целата катода се прекрива со светлина. %ко напонот сезголемува, струјата расте и преку подрачјето на абнормално тлеаво празнење3подрачје @-(5, се поминува во подрачјето на лачно празнење 3подрачје (-f-O5.6ега напонот на цевката па#а и е мал, додека низ цевката тече многу голема струја

од неколку стотина ампери. $одрачјето на несамостојно празнење, нормалнототлеаво празнење и лачното празнење нао#аат практична примена.

Сл. 1.1 Ст"63н# н%(#н$к% к%"%кте"и$тик% н% елект"и н# ("%5не>е ни5 "%5"е0ен /%$!о подрачјето на несамостојно празнење работи:%3/е"-Миле"#в%т%

*евк% што се користи за детекција и мерење на интензитетот на радиоактивнотозрачење емитирано од радиоактивните материи. @а сл.).)= е прика&ан принципотна бројачот што користи uајгер-Oилерова цевка. pевката е во облик на цилиндерод стакло или метал. !о средина има поставено тенка &ица од метал штопретставува анода и преку отпорникот s е приклучена на позитивниот пол одбатеријата. Oеталниот цилиндер е приклучен на негативниот пол од батеријата ипретставува катода. pевката е исполнета со благороден гас. %ко низ прозорецотнавлезе јонизациона честичка, таа го јонизира гасот и предизвикува електричнопразнење. 6трујата што протекува низ колото, на отпорноста s создава пад нанапон во вид на импулс. Овој импулс се засилува со засилувачот и се брои собројачот. @а индикаторот од бројачот се добива бројот на импулси, односно бројотна јонизирани честички што навлегле во цевката за одредено времетраење.

17


18/123

Сл.1.1, П"ин*и( н% &"#3% $# :%3/е"-Миле"#в% *евк%

pевките што работаат во подрачје на тлеаво празнење имаат ладна катода.(ако што видовме погоре, ако напонот на гасната цевка е поголем од напонот напробивање :rs доа#а до нормално тлеаво празнење и овие цевки се нареченитлеалки. @апонот на горење или нормално тлеаво празнење : е помал од напонотна пробивање. 6трујата низ цевка тече поради секундарната емисија на електрониод катодата предизвикана со бомбардирање со брзи јони од гасот, бидеј ицелокупниот пад на напон на цевката е во непосредна близина до катодата. uлавнапримена на тлеалките е како индикаторска светилка и за стабилизација наеднонасочен напон од : до )= : и струја до ) /%.

!о подрачје на тлеаво празнење работаат и светлосните цевки. (ај нив секористи повисок напон за да се добие појака светлина, а и поради нивнатадол&ина. 6о употреба на различни гасови се добиваат различни бои. "ие сеобликуваат како букви, симболи и орнаменти и слу&ат како светлосни реклами.

%ко поме#у катодата и анодата на тлеалката се постави дополнителнаелектрода, се добива цевка со три електроди со ладна катода. 6о приклучување напозитивен напон поме#у катодата и помошната електрода доа#а до самостојнопалење и на пониски напони. Овие цевки се користат за добивање на големасветлина и се наречени стробоскоп или блиц. "ие се полнат со ксенон, аргон иликриптон на повисок притисок. @апон за напојување добиваат од еден кондензаторшто се полни на околу ) : од батерија или од градската мре&а со помош наедно електронско коло. Xачината на светлината што ја даваат е )+q) > J/vV и траеод ) wL до ) /L.

1.10 П+ ;, 8'/ +*: $лазма дисплеите се базираат на примена на течење на електрична струја

низ разредени гасови. @ивната предност е во малата дебелина, високата

резолуција, голем агол на видливост M) S и мо&носта за изработка дисплеи соголеми површини, т.е. со дијагонала од .= до = /. 6е изработуваатмонохроматски и колор плазма дисплеи. 6е користат кај лаптоп и персоналнитекомпјутери, како и кај @th:-приемниците, т.е. "! со висока резолуција. @ивеннедостаток е повисоката цена во однос на катодните цевки, пократок век на &ивот,големата потрошувачка на енергија и сло&ената електроника за управување. "иене се користат за изработка на дисплеи со мали димензии, поради големитенапони за нивна работа. $лазма дисплеите се делат на Aс, ас и хибридни дисплеи.

18


19/123

@а сл.).) е прика&ан начинот на работа на Aс и ас плазма пиксел. "ука подпиксел се подразбира една точка од сликата на дисплејот. (ај Aс плазма пикселот,во стаклената комора се изведени две метални електроди и тие директно се воконтакт со гасот со кој е исполнета комората. (омората обично се полни со неон x

,) y аргон, со притисок од =+ ?Kа. %ко ме#у електродите се донесе напон од 4

:, низ гасот протекува струја. pевката поминува во нормално празнење и околуелектродата се појавува светлина. Dидеј и јонизираниот гас е добар проводник,однадвор треба да се приклучи отпорност sF = ?z, со кој е се ограничиструјата на околу ,> /%. %ко нема отпорност, цевката поминува во лачнопразнење и електродите е се стопат.

Сл.1.12 =ем%т$ки ("ик%5 н% K$ и %$ (л%5м% (ик$ел(ај ас плазма пикселот, над двете електроди прво е нанесен тенок слој од

оловен оксид со дебелина од 4= w/, а над него е нанесен слој од магнезиум оксидсо дебелина од = до 4 w/. "ака во колото се јавуваат две капацитивности коине дозволуваат течење на континуирана струја. Oе#у електродите на овој дисплејсе приклучува наизменични правоаголни импулси со амплитуда од ) : ифреквенција од = ?@^. %ко во цевката нема појавено јонизирачко празнење севели дека пикселот е исклучен 3о\\5. "огаш импулсите од ) : не се во состојбада предизвикаат јонизација и пикселот е о\\. 6о еден импулс од 4 :, сигурно сепредизвикува јонизација во цевката и се вели дека пикселот е вклучен 3оU5. 6егасо импулсите до ) :, во комората е се воспостави празнење, па електроните ипозитивните јони на гасот се дви&ат кон електродите, но само до оксидниот слојкаде што се групираат. "ака престанува течењето на струјата низ гасот. атоа кајовој случај не е потребно користење на отпорност однадвор за да се ограничиструјата. "оа е големо олеснување во конструкцијата на дисплејот. !о наредниотмиг на пикселот се приклучува напон со спротивен поларитет. 6ега електричнотополе во комората е поголемо, бидеј и е потпомогнато со претходно групираниотелектрицитет пред електродите. @из комората потекува струја и електричниотполне& се прераспределува пред електродите со спротивна насока од претходната.%ко на пикселот кој е вклучен се доведе само еден импулс со амплитуда од )4 :,тој се гасне бидеј и полето не е доволно да го јонизира гасот.

"ака кај ас плазма пикселот има три акции. 6о еден импулс со поголемаамплитуда тој се пали, а со еден импулс со помала амплитуда тој се гасне. 6онаизменични правоаголни импулси од ) :, пикселот се одр&ува или да светиили да не свети. атоа се вели дека оваа конструкција има мемориски особини.

Bнтензитетот на пикселот се менува со модулација на односот импулс-пауза на правоаголните импулси за одр&ување на состојбата.


20/123

Сл.1.14 =ем%т$ки ("ик%5 н% %$ к#л#" (л%5м% 0и$(ле3

@а сл.).)P е прика&ана структура на ас колор плазма дисплеј. $анелот есендвич од две стаклени табли што се залепени на растојание од ) w/. Одвнатрешните страни, по целата дол&ината на таблите се нанесени тенки металниелектроди. Oе#у две соседни електроди на задната табла се направени прегради3ребра5. @ад електродите од задната табла се нанесени фосфорни оксиди коиемитираат црвена, зелена или сина светлина 3sa!5. Електродите на предната изадната табла се под агол од * S. $росторот каде што се сечат една горна и еднадолна електрода е еден пиксел од дисплејот. (ај ова конструкција, смесата на гас епромената и кога е се јонизира, таа емитира ултравиолетова светлина 3{:5. 6онеа се бомбардираат соодветните фосфорни оксиди со што се добива слика во

боја. а да се активира секој пиксел поединечно, се користи временскомултиплексирање на напоните на горните и долните електроди. 6о тоа сеусло&нува електрониката за напојување на панелот. Опишанава конструкција сеоднесува за плазма дисплеј со дијагонала од => с/ и има > х >R пиксели.

!. ПОЛУПРО9ОДНИJИ

$олупроводниците се материјали во цврста состојба и нивната електричнапроводливост е помала од проводливоста на металите, а поголема одпроводливоста на изолаторите. $олупроводниците мо&ат да бидат од два типа' U-тип и р-тип. 6оздавањето два типа полупроводници на еден заеднички кристалима големо значење, бидеј и оваа структура има насочувачко својство и сенарекува полупроводничка диода. %ко на ист кристал наизменично се формираатодделните типови полупроводници, се добива UIU или IUI-транзистор. Основнакарактеристика на транзисторот е способноста да ги засилува сигналите. $одоцнасе создадени и други видови полупроводнички елементи, како' тиристор,транзистор со ефект на поле 312h5 и сл. !о оваа глава, најнапред, е ги проучимеособините на полупроводничките материјали и течењето на електрична струја низвнатрешноста на материјалот под влијание на електрично поле и под влијание на различна концентрација на носителите.

!о наредните поглавја е се запознаеме со основните особини на IU-спојоти е го објасниме насочувачкото својство на IU-спојот. |е бидат изло&еникарактеристиките на одделни видови диоди. Опишан е начинот на работа натранзисторот и неговите основни карактеристики. $отоа се прика&ани одделните


21/123

типови тиристори и начинот на нивната работа. Bзло&ен е начинот на работа натранзисторот со ефект на поле. а секој од овие елементи, дадена е графичкатазависност на неговите статички карактеристики, а во некој случај и аналитичкиотизраз за зависноста на неговите напони и струи.

2.1 П 8('=) /& ) ) /'&*+'&* ' - ( 8+'( /& ) , &*-': + &Oеталите на собна температура имаат електрони чија енергија е поголема

од енергијата на валентниот појас на атомот} тие припа#аат на проводниот појас исе наречени слободни електрони. 6лободните електрони не припа#аат на ниеденпосебен атом и тие мо&ат слободно да се дви&ат од атом до атом во металот.6лободните електрони се постојано во дви&ење и насоката на дви&ењето им семенува при секој судир со атомите од кристалната решетка 3сл.4.)5. 6редното растојание поме#у два едноподруго судира се нарекува среден слободен пат J инеговата вредност се дви&и во границите од )-P до ) -R /. $ритоа, електроните седви&ат со некоја средна брзина 9, што зависи од температурата на материјалот.Dидеј и дви&ењето е случајно, тогаш за одредено време, во просек, низ едензамислен пресек во металот поминуваат ист број електрони во двете насоки. "ака,средната струја низ пресекот е нула.

Сл. !.1 Дви8е>е н% елект"#н#т в# к"и$т%л#т

Сл. !.! Е;ект н% 0ви8е>ет# н% елект"#н#т#0 елект"и н# (#ле

%ко на металот дејствува константно електрично поле (, на хаотичнотодви&ење на електроните се суперпонира насочено, дрифтно дви&ење наелектроните во насока на електричното поле. 6редната брзина што притоа јадобива електронот, се нарекува дрифтна брзина 9A'

i 9 A µ= 34.)5Yрифтната брзина на електронот е пропорционална на електричното поле,

а факторот на пропорционалност w се нарекува подви&ност на електроните и имадимензии 3/4


22/123

единица време поминува низ напречниот пресек на проводникот. %ко електронитесе дви&ат со брзина 9 и за време " го поминуваат растојанието f, тогаш ситеелектрони од внатрешноста на парчето проводник е поминат низ површината k.6поред тоа, струјата 7 низ проводникот изнесува'

f

~90

h

0~7 A

== 34.45

$о дефиниција, густина на струјата • е струја низ единица површина однапречниот пресек на проводниот медиум'

AA 0U9

fk ~9

0k7

• === 34.+5"ука UF~


23/123

Сл.!. К"и$т%лн% $т"6кт6"% н% инт"ин$и ен $или*и6ма да се прика&е атомот како електрички неутрална структура,

неподви&ниот инертен јон на јадрото е прика&ан со позитивен полне& x> меренво единици на полне&от на електронот. Овој позитивен електричен полне& на јадрото се компензира со негативниот електричен полне& од четирите валентниелектрони. $реостанатиот позитивен електричен полне& на јадрото не еприка&ан, бидеј и тој е неутрализиран со електричниот полне& на електроните одвнатрешните пополнети појаси. [актот што валентните електрони слу&ат заврзување на атомите поме#у себе во кристалната решетка резултира во посилноврзување на тие електрони со јадрото.

@а температура блиска до апсолутната нула, сите валентни електрони севрзани со своите матични атоми. атоа нема слободни електрони и низ кристалотне мо&е да тече струја. Oе#утоа, на собна температура поради топлинскатаенергија што ја поседува кристалот, некои од ковалентните врски е се раскинат ипроводливоста на кристалот е порасне. Оваа појава е илустрирана на сл.4. .

Сл.!., =ем%т$ки ("ик%5 н% ("#ек*и3%т% н% к"и$т%лн%т% "е етк% н% инт"ин$и ен $или*и6м

н% к#не н% тем(е"%т6"% $# ил6$т"%*и3% н% "%5&ив%>е н% к#в%лентните в"$ки

Сл.!.2 Ил6$т"%*и3% н% $#50%в%>е (%"#ви н#$ители в# 0и3%/"%м#т н% ене"/ет$ки(#3%$и к%3 инт"ин$и ен (#л6("#в#0ник


24/123

(ога еден валентен електрон е добие поголема енергија од енергијата назабранетиот појас Еa , се раскинува ковалентната врска и електронот поминува вопроводниот појас. 6ега електронот слободно се дви&и низ кристалната структураи така станува носител на електрична струја. Енергијата на забранетиот појас Еa еоколу ),) е: за силициум. 6о поминување на валентниот електрон во проводниот

појас, на неговото место од разбиената ковалентна врска останува локализиранпозитивен полне&, наречен празнина. Основна карактеристика на празнината ешто таа слу&и за пренесување на електричен полне& низ кристалот.

Oеханизмот со кој празнината придонесува за зголемување напроводливоста на материјалот е следна' кога ковалентната врска не екомплетирана и постои празнина во валентниот појас, постои тенденција да сенеутрализира локализираниот позитивен полне& и ковалентната врска повторнода се комплетира. "оа се прави со валентен електрон од соседните атоми што јанапушта својата ковалентна врска. Oе#утоа, кога електронот се дви&и одсоседната ковалентна врска да ја пополни празнината, остава празнина во својатапочетна позиција. "ака, празнината ефективно се дви&и низ кристалот во насокаспротивна од насоката на дви&ењето на валентниот електрон. Ова дви&ењепостојано продол&ува и тоа е механизам за дви&ење на електричен полне& вокристалот што се остварува во валентниот појас.

6поред тоа, кај полупроводниците транспортот на електричен полне& сеодвива во проводниот појас со слободните електрони и во валентниот појас сопразнините. $оради тоа, полупроводничките елементи се нарекуваат и биполарниелементи, бидеј и содр&ат два типа NчестициN за пренесување електричен полне&со спротивен предзнак.

(ај интринсичен полупроводник, носителите на електричен полне& сесоздаваат во парови и бројот на слободните електрони е еднаков на бројот напразнините. %ко со U се означи концентрацијата на слободните електрони, а со рконцентрацијата на празнините во кристалот, тогаш ва&и релацијата'

UFIFUW 34.R5каде што UW се нарекува инт"ин$и н% к#н*ент"%*и3% . Bнтринсичнатаконцентрација зависи од температурата на кристалот и многу брзо расте сонејзиниот пораст. "оплинските појави предизвикуваат разбивање на ковалентнитеврски и создавање пар слободен електрон - празнина, па тоа се нарекувагенерација на носители. Yруг пар слободен електрон - празнина исчезнуваат како резултат на рекомбинација на носителите. Oе#утоа, на одредена температура накристалот, концентрацијата на носителите е константна.

%ко на интринсичен силициум се додаде мал процент од некој тривалентен

или петвалентен елемент, се добива нечист, екстринсичен или допиранполупроводник. %томите на додадените елементи, што се нарекуваат нечистотииили примеси, ги заменуваат одделните атоми од матичниот елемент и севклучуваат во неговата кристална структура. (онцентрацијата на нечистотиите седви&и од ) 4 до ) 4 во кубен метар. Обично еден атом од нечистотијата се додавана ) атоми од чистиот полупроводник. %ко се додаваат тривалентни примеси, седобива полупроводник од р-тип, додека ако се додадат петвалентни примеси седобива U-тип полупроводник. 6о додавањето на примесите многу се влијае врзелектричните својства на полупроводникот.

П#л6("#в#0ник #0


25/123

градбата на ковалентните врски со соседните четири атоми, додека петтиотелектрон е слабо врзан со матичниот атом. Енергијата што е потребна овојелектрон да се одвои од матичниот атом за силициум е од редот на , = `:. Овааенергија се нарекува енергија на јонизација на нечистотијата. $отоа, овој електронстанува слободен електрон и тој мо&е да се дви&и низ кристалот. $етвалентните

нечистотии се наречени0#н#"$ки ("име$и , бидеј и при јонизацијата секој атомослободува по еден слободен електрон. !о кристалната решетка останува јонизиран донорски атом со позитивен полне&. $оради разбивањето наковалентните врски се создаваат и носители во парови. Oе#утоа, концентрацијатана слободните електрони е значително поголема од концентрацијата напразнините. 6лободните електрони сем%3#"итетни н#$ители 3во поголем број5, апразнините се миноритетни носители 3во помал број5. $олупроводник што имапетвалентни нечистотии се нарекува


26/123

Сл.!.+ К"и$т%лн% $т"6кт6"%н% "-ти( (#л6("#в#0ник

Сл.!.17 Ди3%/"%м н% ене"/ет$ките (#3%$ик%3 "-ти( (#л6("#в#0ник

Dидеј и тривалентната нечистотија зафа а еден електрон од соседнитеатоми, се нарекува%к*е(т#"$к% не и$т#ти3% . Овој процес на зафа ање на еден

валентен електрон се нарекува јонизација на нечистотијата. Енергијата на јонизација на акцепторските примеси е многу мала. @а собна температура, вокристалот доа#а до разбивање на ковалентните врски и создавање носители вопарови. Oе#утоа, концентрацијата на празнините е значително поголема отколкуконцентрацијата на слободните електрони. 6поред тоа, со додавање тривалентнинечистотии се добива полупроводник од р-тип, кај кој празнините се мајоритетниносители.

6оздавањето на р-тип полупроводник е појаснето на сл.4.) , со помош наенергетските појаси. 6о додавање тривалентни примеси во дијаграмот на енергиисе јавува дополнително акцепторско енергетско ниво Е% што ле&и во забранетиотпојас, веднаш над валентниот појас. а пополнување на четвртата ковалентнаврска, секој акцепторски атом зафа а по еден електрон од валентниот појас одсоседните атоми. "ака, акцепторскиот атом станува негативен јон, а во валентниотпојас се создава празнина. @а собна температура, поради разбивање наковалентните врски, се создаваат и носители во парови. Oе#утоа, кај р-типполупроводник, празнините се мајоритетни носители, а слободните електрони семиноритетни носители. $ри ова, се намалува бројот на слободните електрони воспоредба со интринсичната концентрација, бидеј и поголемиот број празнинипредизвикува зголемена рекомбинација во полупроводникот.

2.3 $*)*- ': ' -*% , ') ': ( +< - ( 8)'% &(ако што рековме претходно, кај чист полупроводник поради топлинските

појави доа#а до раскинување на ковалентните врски и до создавање, генерирање,пар слободен електрон-празнина. Bстовремено, друг пар слободен електрон-празнина исчезнуваат во процесот наречен рекомбинација. $ри рекомбинација,слободниот електрон губи дел од својата енергија, поминува во валентниот појас,комплетира една ковалентна врска и со тоа елиминира една празнина вовалентниот појас. @а одредена температура на кристалот, постои рамноте&а ме#убројот на генерираните носители во единица време и единица волумен и ме#убројот на рекомбинирани носители во единица време и единица волумен T.

FT 34.*5@ајва&ен механизам со кој рекомбинираат носителите кај

полупроводниците е по пат на рекомбинациони центри. "оа претставува некојанесовршеност на кристалната решетка или присуство на некои заостанати


27/123

хемиски елементи. Kамноте&ната концентрација на носителите вополупроводникот, на одредена температура, е константна.

$росечното време поме#у генерацијата и рекомбинацијата на еденслободен електрон и празнина се нарекував"еме н% 8ив#т н% н#$ителите и сеозначува соτ. !ремето на &ивот на носителите е еден од основните физичко-технолошки параметри на полупроводничкиот материјал, бидеј и од него се гледабрзината на промената на концентрацијата на носителите од една рамноте&насостојба во друга. !ремето на &ивот се дви&и од )-+ до ) -P L. а постигнувањепоголема брзина на работа на полупроводничките елементи, со помош натехнолошки постапки времето на &ивот се намалува на )-*L.

"ука е го истакнеме5%к#н#т 5% те"м#0ин%ми к% "%мн#те8% , кој тврдидека производот од рамноте&ната концентрација на слободните електрони вопроводниот појас U и на празнините во валентниот појас I, за даденполупроводник, на одредена температура, е константен'

4WUUI = 34.) 5

"ука UW е интринсична концентрација на слободните носители и таа зависиод температурата на кристалот. аконот за термодинамичка рамноте&а ва&и и заекстринсичен полупроводник.

6о експериментални мерења се пока&ало дека следнава равенка добро јаопишува зависноста на интринсичната концентрација на слободните носители кајсилициумот во функција од температурата на кристалот'

5‚/3`h)=,)U h)> +

+++4W

−−⋅= 34.))5

Сл.!.11 Инт"ин$и н% к#н*ент"%*и3% н% $л#ните н#$ители 5% $или*и6м в# ;6нк*и3% #0тем(е"%т6"%т% н% к"и$т%л#т

@а сл.4.)) е прика&ана интринсичната концентрација на слободнитеносители за силициум во функција од температурата. ƒесно мо&е да се заклучидека концентрацијата на носителите многу брзо расте со пораст на температурата.

атоа и проводливоста на полупроводниците многу зависи од температурата. "оа елошо својство на полупроводничките елементи.

2.4 К ) *)&- ': ) ) /'&*+'&* ( +< - ( 8)'% &$олупроводникот е електрички неутрален, односно во него има иста

количина на позитивен и негативен електричен полне&. @ека со ~t , ја означимеконцентрацијата на донорските атоми, а со ~; концентрацијата на акцепторскитеатоми во единица волумен во кристалот. (ако што рековме порано, на собнатемпература сите атоми на нечистотиите се јонизирани и, притоа, донорскитеатоми губат по еден електрон и стануваат позитивни јони, а акцепторските атоми


28/123

добиваат по еден електрон и стануваат негативни јони. %ко со U ја означимеконцентрацијата на слободните електрони во кристалот, а со р концентрацијата напразнините, од5%к#н#т 5% елект"и н% не6т"%лн#$т следува дека е'

U ~ I ~ ;t +=+ 34.)45 6поред ова, следува дека со додавање одреден тип хемиска нечистотија се менуваконцентрацијата на слободните носители во корист на едните, а на сметка надругите носители. 6о тоа, всушност, се менува проводливоста наполупроводникот. $орано пока&авме дека проводливоста на полупроводникот епропорционална на концентрацијата и подви&носта на слободните носители.Oе#утоа, бидеј и кај полупроводникот егзистираат два вида честици што носатполне& со спротивен знак, проводливоста е резултат на двата вида носители'

IU 0I0U µ+µ=σ 34.)+5а U-тип полупроводник UMMI, t ~U ≅ и се добива'

UtU 0~ µ=σ 34.)>5а р-тип полупроводник аналогно следува IMMU, t ~ I ≅ '

I; I 0~ µ=σ 34.)=5Основните својства на силициумот се дадени во "абела 4.) . Од "абелата се

гледа дека концентрацијата на атомите кај силициумот е =v)44 атоми


29/123

a4


30/123

h

1

22

: I ` ~A2523 I−

∝−=ρ= ∫ 34.445

"ука е 4


31/123

Сл.!.1 Р%$("е0ел&% н% н#$ителите и

skripta elektronika idel

Documents