Читаем онлайн «Основы электроники: учебное пособие» 2 cтраница

вопросам........................................101
4
Введение
Электроника представляет собой область науки и техники, включа­
ющую исследование явлений взаимодействия электронов с электро­
магнитными полями в вакууме, газовой среде или твердом теле, а так­
же разработку и практическое применение приборов, в которых это
взаимодействие используется для преобразования электромагнитной
энергии (электронных приборов).
В составе электроники выделяют следующие области: вакуумную,
твердотельную и квантовую электронику. Каждая из областей содер­
жит ряд разделов и направлений.
Раздел объединяет комплексы однородных физико-химических
явлений и процессов, которые имеют фундаментальное значение для
разработки многих классов электронных приборов данной области.
Совокупность разделов всех областей электроники составляет физи­
ческую электронику.
Направление охватывает методы конструирования и расчета элек­
тронных приборов, родственных по принципам действия или по вы­
полняемым функциям, а также способы изготовления этих приборов.
Совокупность направлений всех областей электроники образует тех­
ническую электронику. Одним из основных направлений технической
электроники является промышленная электроника, обеспечивающая
внедрение электронных устройств во все отрасли производства, нау­
ки, техники и быта.
Разделы и направления твердотельной электроники — полупрово­
дниковая, диэлектрическая электроника, магнитоэлектроника, аку­
стоэлектроника и пьезоэлектроника, криоэлектроника, разработка
и изготовление резисторов. Наиболее значимой на современном эта­
пе развития твердольной электроники является полупроводниковая.
5
ведение
Электроника находится в стадии интенсивного развития, для нее
характерно появление новых областей и создание новых направлений
в уже существующих областях. Одна из основных проблем, стоящих
перед электроникой, связана с требованием улучшения технических
параметров электронных систем с одновременным уменьшением их
габаритов и потребляемой энергии. Решение проблемы миниатюри­
зации электронной аппаратуры связано с современным этапом разви­
тия электроники — микроэлектроникой.
Микроэлектроника — это область электроники, охватывающая ис­
следование, конструирование, производство и применение электрон­
ных функциональных узлов, блоков и устройств в микроминиатюрном
интегральном исполнении. В курсе «Основы электроники» рассмо­
трены вопросы полупроводниковой электроники: физические осно­
вы, принцип действия и характеристики основных полупроводнико­
вых приборов.
Данное пособие может быть использовано для самостоятельного
изучения теоретического материала по курсу «Основы электриники»;
в конце каждой главы приведены контрольные тесты, ответы на кото­
рые даны в приложении.
6
1
Электропроводность
полупроводников.
Беспримесные и примесные
полупроводники
Особенности электропроводности твердых тел ► Носители заряда в беспримесных (чистых)
полупроводниках ► Носители заряда в примесных полупроводниках ► Токи в полупроводниках
олупроводники занимают по электропроводности промежу­
точное положение между металлами (проводниками электри­
ческого тока) и диэлектриками. Особенность электропровод­
ности полупроводников обусловливается спецификой распределения
по энергиям электронов атомов, которое характеризуется энергетиче­
ской диаграммой полупроводника.
В соответствии с принципами квантовой механики, электроны ато­
ма могут обладать определенными значениями энергии, т. е. находить­
ся на определенных энергетических уровнях, которые называются раз­
решенными (рис. 1.1).
В изолированном атоме существует конечное число энергетических
уровней, на каждом из них могут находиться одновременно не более
двух электронов. Электроны низших уровней сильно связаны с ато­
мом. По мере увеличения энергии уровня, занимаемого электроном,
эта связь ослабевает.
В качестве внешних воздействий, способных увеличивать энергию
электронов, могут быть:
• кванты тепла (фононы), иными словами — нагрев;
П
7
Э л еі
|.)о п р о в о д н о с г ь п о л у п р о в о д н и ко в. беспримесные и примесные полупроводники
• кванты света (фотоны), иными словами — освещение;
• электрическое поле;
• магнитное поле.
Рис. 1.1. Энергетическая диаграмма изолированного атома
В отсутствие внешних воздействий, атом находится в исходном
(невозбужденном) состоянии, при котором все низшие энергетиче­
ские уровни заняты электронами, а верхние — свободны.
При наличии внешних воздействий, электроны атома приобретают
дополнительную энергию и переходят на более высокие энергетиче­
ские уровни (возбуждение атома) или вовсе освобождаются от атома
и становятся свободными, не связанными с атомом (ионизация ато­
ма). При этом