Становится свободным

Коэффициент оптического поглощения пленок «-Si : Н при большей энергии фотонов резко возрастает, так как эта энергия становится сравнимой с шириной запрещенной зоны материала. Следовательно, энергии оказывается достаточно для перевода электронов из валентной зоны в зону проводимости. Такой перевод электронов означает также увеличение концентрации как свободных электронов в зоне проводимости, так и дырок в валентной зоне, что ведет, как известно, к росту электропроводности материала.

К началу 70-х годов схемотехника на БТ обеспечивала более высокое быстродействие, но оказалось не способной конкурировать с МОП-схемотехникой из-за большой потребляемой мощности и больших размеров. Не случайно поэтому первые БИС были созданы на основе МОП-элементов. С появлением И2Л положение резко изменилось. По плотности компоновки, мощности рассеяния и произведению Pt3 схемотехника на БТ превзошла МОП-схемотехнику. Однако прогресс технологии МОП-схем сделал экономически оправданной реализацию КМОП-элементов. В результате и КМОП схемотехника оказалась на некоторое время вне конкуренции по потребляемой мощности при низкой рабочей частоте. С повышением рабочей частоты мощность, потребляемая схемами КМОП, становится сравнимой с мощностью, потребляемой схемами ЭСЛ. Существенным недостатком КМОП-схем является сравнительно высокое напряжение питания.

В режиме насыщения оба перехода открыты. Падения напряжений на открытых эмиттерном и коллекторном переходах направлены встречно, однако ток в цепи эмиттер — коллектор проходит в одном направлении, например от коллектора к эмиттеру в транзисторе л-р-л-типа ( 31, а). Транзистор работает в режиме насыщения при относительно больших токах базы. Инжекции электронов в базу при этом становится столь сильной, что цепь коллектора оказывается не способной извлекать избыточные электроны из базы так же эффективно, как в активном режиме. Концентрация электронов в базе у коллекторного перехода, становится сравнимой с концентрацией их у эмиттерного перехода ( 31, б), что соответствует прямой полярности напряжения на коллекторном переходе. Вывести транзистор из режима насыщения при заданном токе базы можно, увеличив ток коллектора изменением режима работы его внешней цепи, например уменьшив внешнее сопротивление в его цепи при неизменном напряжении питания.

На 2.7 представлены зависимости \пп0(\02/Т) для полупроводника, содержащего некоторое число доноров и акцепторов. Для наглядности предположим, что Л^й — yva=1016 см~3 во всех рассматриваемых случаях. Донорные уровни расположены на 0,01 эВ ниже дна зоны проводимости, g
Увеличение физической толщины базы при больших эмиттерных токах (эффект Кирка) характерно для транзисторов, у которых концентрация примесей в коллекторе ниже, чем в базе. Скорость движения электронов в коллекторном переходе не превышает скорости насыщения г>вас (см. § 1.4), поэтому их концентрация «Кп > /Кп/(9инас), где /Кп — плотность тока в коллекторном переходе. При больших токах концентрация электронов в переходе возрастает настолько, что становится сравнимой с концентрацией ионов доноров. Изменяются плотность объемного заряда в коллекторном переходе и напряженность поля, что приводит к смещению обеих границ перехода в сторону и+-области (подложки на 4.4, а).

Смит [83], изучая взаимодействие NO с 02, нашел, что в опытах с большим количеством воды данная реакция начинается с меньшей скоростью и останавливается задолго до завершения. Остановка реакции, согласно работе [83], обусловлена тем, что скорость увода NO2 в реакциях ,с Н2О становится сравнимой со скоростью образования- NO2 в реакции (1.49).

К сожалению, в настоящее время теория радиационного повреждения осколками деления развита недостаточно. Схематично модель радиационного повреждения а-урана осколками деления имеет следующий вид. Для описания пространственного распределения дефектов, образующихся на пути пробега осколками деления (или первично выбитого атома решетки, обладающего достаточно высокой начальной энергией), Бринкманом [31] было введено понятие пика смещения. Бринкман делит траекторию быстрой частицы на две части: на первом, высокоэнергетичном участке, остаются только точечные дефекты, тогда как на втором точечные дефекты уже не могут образовываться. С уменьшением скорости тяжелой частицы длина пробега между последующими столкновениями резко сокращается и становится сравнимой с межатомным расстоянием, вследствие чего создаются условия для быстрой передачи остатка кинетической энергии атомам среды. В этой области соударения перестают быть независимыми, они образуют пик или зону смещения.

Теперь рассмотрим процессы, происходящие при протекании прямого тока через транзистор. Прежде всего интересен так называемый режим больших токов, когда концентрация инжектируемых эмиттером дырок становится сравнимой с равновесной концентрацией электронов в базовой области. При этом используется термин — высокий уровень ин-жекции, всегда характерный для силовых структур. Особенностью данного режима является возникновение электрического поля в области базового слоя. С одной стороны, это приводит к уменьшению сопротивления базового слоя и, следовательно, к уменьшению коэффициента ин-жекции, с другой — повышается скорость перемещения носителей через базу, что увеличивает коэффициент переноса. Так как коэффициент передачи тока транзистора от эмиттера к коллектору а является произведением двух упомянутых величин, их противоположное воздействие приводит к появлению точки максимума а при увеличении рабочего тока транзистора с тенденцией заметного уменьшения в области больших токов. Аналогично аедет себя коэффициент передачи тока базы р, имеющий однозначную связь с коэффициентом а ( 2.5). Таким образом, спад коэффициентов передачи токов определяет предельно допустимый ток биполярного транзистора. Значение р в режиме больших токов составляет для силовых транзисторов всего несколько единиц, что требует значительных затрат мощности управляющего сигнала для поддержания открытого состояния ключа.

Температура плавления соответствует той температуре, для которой кинетическая энергия движения атомов становится сравнимой с энергией связи между атомами. В этом случае атомы не могут удерживаться вблизи среднего неподвижного центра, но остаются связанными между собой, образуя жидкость (кроме тех атомов, которые при этом испаряются).

кривая хвоста Урбаха от температуры практически не зависит [32-• 45]. Тем не менее, при высоких температурах величина Г в выражении (2.2.5) начинает расти и при некоторой температуре, превышающей точку перехода в неупорядоченное состояние, становится сравнимой с величиной kRT [45, 46].

кривая хвоста Урбаха от температуры практически не зависит [32— • 45]. Тем не менее, при высоких температурах величина Г в выражении (2.2.5) начинает расти и при некоторой температуре, превышающей точку перехода в неупорядоченное состояние, становится сравнимой с величиной kRT [45, 46].

«Перевернутые» нейри-сторы могут работать в широком диапазоне постоянных напряжений питания. Для исследовавшихся в работе [39] структур этот диапазон составлял 2,7 ... 4,2 В. При работе на емкостях, меньших 4-Ю3 пФ, наблюдалось затухание распространяющегося вдоль линии импульса. Спад концентрации" носителей заряда происходит за счет рекомбинации в объеме й на контакте, а также за счет рассасывания заряда, и она становится сравнимой с полным числом носителей, вошедших в структуру. На скорость распространения нейристорного импульса рИмп оказывают влияние внеш-

В электронной структуре кристалла кремния с примесью фосфора четыре валентных электрона фосфора и валентные электроны четырех соседних атомов кремния образуют четыре связанные пары. Пятый валентный электрон фосфора оказывается избыточным. При незначительных затратах энергии от внешних источников (тепловая энергия при комнатной температуре) избыточный электрон теряет связь с атомом примеси и становится свободным электроном. Атом фосфора, потеряв электрон, становится неподвижным положительным ионом. Такой полупроводник называется полупроводником с электронной электропроводностью или полупроводником л-типа, а соответствующая примесь — донорной. На 10.1 приведено условное изображение идеального полупроводника и-типа, на котором неподвижный положительный ион обозначен знаком плюс в кружочке, а подвижный свободный" электрон - знаком минус.

На электропроводность полупроводника существенное влияние оказывает наличие в нем атомов различных примесей. При добавлении в полупроводник, относящийся к IV группе периодической системы элементов Д.И.Менделеева, элементов Vгруппы образуются валентные связи между атомами примеси и четырьмя атомами полупроводника. При этом пятый валентный электрон примеси оказывается избыточным и значительно слабее связанным со своим атомом, чем остальные четыре. При сообщении кристаллу небольшого количества дополнительной энергии (значительно меньшей, чем ширина запрещенной зоны AW) избыточный электрон переходит в зону проводимости и становится свободным. При увеличении содержания атомов примеси возрастает число электронов в зоне проводимости, а число дырок при этом не меняется. При значительном увеличении концентрации электронов по сравнению с концентрацией дырок ток в основном переносится электронами. В этом случае электроны являются основными носителями заряда, а дырки — неосновными. Примеси, способные отдавать электроны в зону проводимости, называются донорными или донорами.

В электронной структуре кристалла кремния с примесью фосфора четыре валентных электрона фосфора и валентные электроны четырех соседних атомов кремния образуют четыре связанные пары. Пятый валентный электрон фосфора оказывается избыточным. При незначительных затратах энергии от внешних источников (тепловая энергия при комнатной температуре) избыточный электрон теряет связь с атомом примеси и становится свободным электроном. Атом фосфора, потеряв электрон, становится неподвижным положительным ионом. Такой полупроводник называется полупроводником с электронной электропроводностью или полупроводником и-типа, а соответствующая примесь - донорной. На 10.1 приведено условное изображение идеального полупроводника и-типа, на котором неподвижный положительный ион обозначен знаком плюс в кружочке, а подвижный свободный' электрон - знаком минус.

В электронной структуре кристалла кремния с примесью фосфора четыре валентных электрона фосфора и валентные электроны четырех соседних атомов кремния образуют четыре связанные пары. Пятый валентный электрон фосфора оказывается избыточным. При незначительных затратах энергии от внешних источников (тепловая энергия при комнатной температуре) избыточный электрон теряет связь с атомом примеси и становится свободным электроном. Атом фосфора, потеряв электрон, становится неподвижным положительным ионом. Такой полупроводник называется полупроводником с электронной электропроводностью или полупроводником и-типа, а соответствующая примесь — донорной. На 10.1 приведено условное изображение идеального полупроводника и-типа, на котором неподвижный положительный ион обозначен знаком плюс в кружочке, а подвижный свободный электрон — знаком минус.

При температуре абсолютного нуля все валентные электроны в кремнии связаны. При повышении температуры часть валентных электронов приобретает тепловую энергию, достаточную для разрыва кова-лентной связи, т.е. для отрыва от пары атомов кремния. Оторвавшийся электрон способен свободно перемещаться по кристаллу, т.е. становится свободным носителем заряда ( 3). 8 результате образования свободных носителей заряда кристалл кремния приобретает свойство электропроводности.

Если валентная зона заполнена целиком (все уровни энергии в ней заполнены электронами) и ширина запрещенной зоны не равна нулю, то валентные электроны не могут приобретать дополнительную кинетическую энергию и не являются свободными. Если же валентному электрону сообщить энергию, способную преодолеть запрещенную зону ?3( то он переходит из валентной зоны на один из незанятых уровней зоны проводимости и становится свободным носителем заряда. Одновременно в валентной зоне появляется один свободный уровень, соответствующий дырке, что позволяет электронам валентной зоны перемещаться. Переход электрона из валентной зоны в зону проводимости может произойти под действием тепловой энергии или какого-либо другого источника энергии.

Если в кристалл химически чистого германия или кремния ввести в качестве примеси некоторое количество атомов пятивалентного вещества (мышьяк, фосфор), то атомы примеси займут места в узлах кристаллической решетки (примесь замещения). Четыре валентных электрона каждого атома примеси войдут в ковалентные связи с валентными электронами соседних атомов основного вещества кристалла ( 1.1, в), а пятый валентный электрон атома примеси не сможет образовать ковалентную связь. При температуре О К он удерживается своим атомом силами электростатического притяжения. Сравнительно небольшие тепловые возмущения легко отрывают пятый электрон. Электрон становится «свободным», а атом примеси превращается в положительный ион. Примеси, которые при возбуждении способны отдать электрон, называют донорными.

Для неизолированного атома натрия расщепленная валентная зона перекроется с зоной проводимости Это означает, что валентный электрон (т. е. электрон, принадлежащий внешней оболочке атома) становится свободным без сообщения ему извне дополнительной энергии.

это квант упругих колебаний тела). Энергия некоторых фононов становится достаточной для нарушения связи внешнего электрона (электрона валентной зоны) с атомом. В валентной зоне образуется вакантный энергетический уровень, а оторвавшийся электрон перебрасывается через запрещенную зону в зону проводимости и становится свободным (см. 2.5). На месте ушедшего электрона образуется «дырка», что означает возникновение в валентной зоне свободного уровня.

( 8.1, б). Пятый электрон атома примеси в ковалентной связи не участвует. Со своим атомом он связан силой кулоновского взаимодействия. Энергия этой связи невелика — порядка сотых долей электрон-вольт. Так как при комнатной температуре тепловая энергия » 0,03 эВ, то очевидно, что при этой температуре будет происходить ионизация примесных атомов мышьяка вследствие отрыва пятого валентного электрона, который становится свободным. Наряду с ионизацией примеси может происходить и ионизация атомов основного вещества. Но в области температур ниже той, при которой имеет место значительная собственная проводимость, число электронов, оторванных от примеси, будет значительно больше количества электронов и дырок, образовавшихся в результате разрыва ковалентных связей. В силу этого преобладающую роль в про-водимости кристалла будут играть электроны, и поэтому они называются основными носителями заряда, а дырки — неосновными,

Одной из важнейших характеристик диэлектриков является зависимость их электропроводности от температуры. С повышением температуры электропроводность возрастает. Это объясняется усилением теплового движения ионов, в результате чего большее их количество становится свободным. Для большинства диэлектриков зависимость электропроводности от температуры имеет экспоненциальный характер и может быть выражена формулами