Невыпрямляющих контактов

Прогресс в области разработок и применения МГД-генераторов и нетрадиционных источников электроэнергии — топливных элементов, термоэлектрических и солнечных батарей — вызвал потребность в преобразователях постоянного напряжения.

На первом этапе реализации Энергетической программы СССР намечено также создать материально-техническую базу для широкого использования нетрадиционных источников энергии (солнечной, геотермальной) с прямым преобразованием первичной (световой, тепловой) энергии в электрическую. На втором этапе предусмотрено активное вовлечение этих источников энергии в энергетический баланс.

И, наконец, в последние годы интенсивно разрабатываются новые способы получения электрической энергии. И здесь находят широкое применение вентильные преобразователи. Так МГД-электростанция нуждается в инверторах для преобразования постоянного тока, вырабатываемого МГД-генератором, в ток промышленной частоты. В работах по управляемому термоядерному синтезу, которые широко ведутся в настоящее время, также используются вентильные преобразователи. Преобразователи нужны и для таких нетрадиционных источников электроэнергии, как солнечные батареи, термохимические генераторы, генераторы, использующие энергию ветра, и т. п.

Во многих странах, в том числе и в СССР, усиленно ведутся работы по освоению новых, нетрадиционных источников электроэнергии, способов ее преобразования, а также работы по осуществлению управляемой термоядерной реакции синтеза гелия из дейтерия, что, как ожидается, позволит иметь практически неограниченный источник энергии.

Сопоставление данные о современном уровне добычи и потребления нефти в капиталистических и развивающихся странах с имеющимися оценками ее ресурсов показывает, что для рассматриваемой группы стран обеспеченность добычи и потребления нефти доказанными запасами составляет несколько более 30 лет, а текущими извлекаемыми ресурсами—120— 190 лет. С учетом же возможного увеличения извлекаемой части ресурсов с ростом цен на нефть эти цифры достигают соответственно 80 и 290 лет. Таким образом капиталистические и развивающиеся страны в целом обеспечены ресурсами даже традиционной нефти на достаточно длительный период. Оценка, выполненная во ВНИИЗарубежгеологии [31], показала, что в 1990 г. добыча нефти в мире (без социалистических стран) может составить 3,4—4,0 млрд. т; в конце XX в.— первом десятилетии XXI в. возможна добыча на уровне 3,8—5,2 млрд. т при условии освоения нетрадиционных источников нефти4.

Рассмотренная ситуация способствовала проявлению объективной тенденции установления мировой цены на нефть на уровне, соответствующем стоимости ее производства на худших (но достаточно представительных) месторождениях, вовлекаемых в использование [9], т. е. реализовалось высказанное К. Марксом положение о том, что цена производства на худшей земле, не приносящей ренты, всегда является регулирующей рыночной ценой [26]. Наряду с другими факторами это в определяющей мере обусловило резкий рост цен в международной капиталистической торговле нефтью в 1973—1974 гг. При этом цены устанавливались странами — членами ОПЕК на уровне, учитывающем, видимо, стоимость добычи нефти на наиболее дорогих месторождениях Аляски, акваторий континентального шельфа США и Северного моря, а также в определенной мере производства нефти из нетрадиционных источников (естественно, по оценкам 1974—1975 гг.). Можно предположить, что установление мировых справочных цен на нефть в 1974—1975 гг. на уровне 85 долл./т определялось стремлением стран •— членов ОПЕК обеспечить примерное соответствие затрат международных нефтяных монополий на получение арабской нефти по концессионным соглашениям (эти затраты определялись на основе справочной цены и в 1974 г. составляли 53 долл./т) затратам на производство нефти в маржинальных условиях непосредственно в основных нефтепотребляющих регионах. Подобная тенденция установления мировых справочных цен на нефть подтверждается и рядом высказываний экономистов стран ОПЕК [6, 80].

также внимание, с одной стороны, к энергосберегающей политике, а с другой, к научно-исследовательским разработкам в области получения нефти из нетрадиционных источников — битуминозных песков (в основном, в Канаде) и нефтеносных сланцев, а также производства искусственного жидкого топлива из угля (подробнее см. главу 6).

1. Будет происходить последовательное уменьшение в энергетическом балансе доли нефти, а затем, очевидно, и природного газа. Этот процесс связан прежде всего с постепенным исчерпанием наиболее эффективных месторождений углеводородного топлива и необходимостью вовлечения в эксплуатацию месторождений, расположенных в менее благоприятных природных и геологических условиях и, следовательно, имеющих худшие экономические показатели. Кроме того, потребуется вовлечение в баланс дорогих нетрадиционных источников нефти (вязкая нефть, битуминозные пески, нефтеносные сланцы). Воздействие этих объективных энергоэкономических условий может усиливаться рядом политических факторов. С одной стороны, основные страны — импортеры нефти стремятся ослабить свою зависимость от поставок этого энергетического ресурса из ближневосточного региона, располагающего наиболее богатыми ресурсами нефти. С другой стороны, страны ОПЕК в целом не проявляют стремления к форсированию добычи и экспорта нефти, считая экономически более целесообразным в условиях продолжающегося роста цен на нее сохранять этот энергетический ресурс в своих недрах. Следует также учитывать, что по мере экономического развития стран — экспортеров нефти все большие ее количества будут потребляться внутри этих стран, что может привести к существенному сокращению их экспортных возможностей.

Включая нефть из нетрадиционных источников и искусственное жидкое топливо. ** В том числе из нетрадиционных источников. *** Уголь, сланцы и др. виды твердого топлива — непосредственный расход у потребителей и потери, связанные с получением искусственного жидкого топлива. **** Включая возобновляемые источники энергии. ***** Включая отпуск тепловой энергии.

Включая нефть из нетрадиционных источников и искусственное жидкое топливо. ** В том числе из нетрадиционных источников. *** Учтены уголь и сланцы в части непосредственного расхода у потребителей и потерь, связанных с получением искусственного жидкого топлива. **** Включая возобновляемые источники энергии. В скобках дана доля в %.

Нефть и газ (из нетрадиционных источников) О

Очевидно, МДП структура получится, если непосредственно на подложку последовательно нанести диэлектрический и металлический слои. Такой случай реализуется, если в структуре, показанной на 16.20,6, отказаться от создания области с проводимостью «-типа, расположив там часть подложки р-тнпа. Теперь, если к затвору приложить достаточно большой положительный заряд, то по закону электростатической индукции в канале индуцируется соответствующий отрицательный заряд, увеличивается концентрация подвижных носителей и-типа и возникает проводящий канал. Такой транзистор получил название МДП ПТ с индуцированным каналом и-типа. Области п+ используются для создания низкоомных омических (невыпрямляющих) контактов стока и истока. Они же препятствуют протеканию существенного тока между выходными электродами ПТ при нулевом или отрицательном заряде на затворе. Это объясняется тем, что и+-области и часть р-подложки образуют два последовательно встречно включенных между истоком и стоком электронно-дырочных перехода.

Кроме того, причиной появления условных отказов являются физико-химические процессы в сплавах и припоях, используемых для создания p-n-переходов и невыпрямляющих контактов. Иногда кристаллизация этих сплавов при изготовлении прибора идет неравномерно и образуется не предусмотренная равновесной диаграммой состояния эвтектика с очень низкой температурой плавления, с ускоренными процессами диффузии различных элементов в сплаве, что приводит к старению сплавов и ухудшению качества p-n-переходов и невыпрямляющих контактов.

Структура однопереходного транзистора и его эквивалентная схема показаны на 4.55. Область эмиттера (область с электропроводностью /7-типа) должна быть легирована сильнее, чем область базы (область с электропроводностью n-типа), для того чтобы при прямом включении эмиттерного перехода прямой ток через него имел в основном лишь дырочную составляющую. В этом случае из-за инжекции неосновных носителей заряда в базу транзистора и из-за накопления основных носителей, которые входят в базу через один из невыпрямляющих контактов к базе для компенсации инжектированного заряда неосновных носителей, будет происходить уменьшение сопротивления базы (модуляция) и увеличение тока между невыпрямляющими контактами к базе или тока в цепи нагрузки.

Допустим, что ток эмиттера увеличился на Д/э, тогда в базе увеличится концентрация дырок на Др„б и одновременно для сохранения электрической нейтральности в базу из невыпрямляющих контактов войдет такое же количество основных носителей заряда (/±пп6 = 1±рп6).

Для возникновения отрицательного дифференциального сопротивления необходим одновременный переход большинства электронов из центральной долины в боковую при пороговой напряженности электрического поля. Но практически получить статическую ВАХ, соответствующую сплошной кривой на 8.1, не удается, так как в кристалле или около невыпрямляющих контактов всегда есть неоднородности, в результате чего возникают локальные напряженности электрического поля, превышающие среднюю напряженность. Превращение в этих местах «легких» электронов в «тяжелые» еще больше увеличивает неоднородность электрического поля. Поэтому практически не получается одновременного перехода большинства электронов в кристалле из центральной долины в боковую и статическая ВАХ получается без участка с отрицательным дифференциальным сопротивлением (штриховая кривая 4 на 8.1).

Локальная напряженность электрического поля около невыпрямляющих контактов из-за наличия различных дефектов может превышать пороговую напряженность электрического поля.

Как следует из сравнения (10-53) и (10-54), величина тока /0 при wn -^ Lp и wp <^ //„, больше, чем в первом случае. Физически это изменение теплового тока с уменьшением протяженности областей объясняется следующим образу. Генерация неосновных носителей может происходить по всему объему, в том числе и вблизи подсоединения к электродам металлических выводов (невыпрямляющих контактов), где этот процесс, как правило, наиболее интенсивен. При w > L эти неосновные носители могут не дойти до перехода и, следовательно, не будут участвовать в движении через запирающий слой. Кроме того, как это видно из 10-4, в, градиент концентрации неосновных носителей в случае w > L меньше, нежели при условии w ^ L, и, следовательно плотность

Устройство однопереходного планерного транзистора, выполненного методом локальной диффузии, показано на 15-3, а. Базой прибора служит кристалл л-кремния. С помощью кольцеобразных областей л+-кремния и металлических невыпрямляющих контактов к этим областям осуществлены два вывода базы. Эмиттером служит кольцеобразная область р-кремния. На границе этой области с базой образуется электронно-дырочный переход.

Как следует из сравнения (10-53) и (10-54), величина тока /0 при wn -^ Lp и wp <^ //„, больше, чем в первом случае. Физически это изменение теплового тока с уменьшением протяженности областей объясняется следующим образу. Генерация неосновных носителей может происходить по всему объему, в том числе и вблизи подсоединения к электродам металлических выводов (невыпрямляющих контактов), где этот процесс, как правило, наиболее интенсивен. При w > L эти неосновные носители могут не дойти до перехода и, следовательно, не будут участвовать в движении через запирающий слой. Кроме того, как это видно из 10-4, в, градиент концентрации неосновных носителей в случае w > L меньше, нежели при условии w ^ L, и, следовательно плотность

Устройство однопереходного планерного транзистора, выполненного методом локальной диффузии, показано на 15-3, а. Базой прибора служит кристалл л-кремния. С помощью кольцеобразных областей л+-кремния и металлических невыпрямляющих контактов к этим областям осуществлены два вывода базы. Эмиттером служит кольцеобразная область р-кремния. На границе этой области с базой образуется электронно-дырочный переход.

Очевидно, МДП структура получится, если непосредственно на подложку последовательно нанести диэлектрический и металлический слои. Такой случай реализуется, если в структуре, показанной на 16.20,6, отказаться от создания области с проводимостью «-типа, расположив там часть подложки /ьтипа. Теперь, если к затвору приложить достаточно большой положительный заряд, то по закону электростатической индукции в канале индуцируется соответствующий отрицательный заряд, увеличивается концентрация подвижных носителей «-типа и возникает проводящий канал. Такой транзистор получил название МДП ПТ с индуцированным каналом «-типа. Области п+ используются для создания низкоомных омических (невыпрямляющих) контактов стока и истока. Они же препятствуют протеканию существенного тока между выходными электродами ПТ при нулевом или отрицательном заряде на затворе. Это объясняется тем, что п + -области и часть /^-подложки образуют два последовательно встречно включенных между истоком и стоком электронно-дырочных перехода.