4.3.2. Напівпровідникові прилади

Визначення. Напівпровідниковими називають прилади, які виготовлені з напівпровідникових матеріалів. Останні так називають тому, що за питомою електропровідністю вони займають проміжне місце між питомою електропровідністю металів (10⁴...10⁶ Ом^-1см^-1) і питомою електропровідністю діелектриків (10^-10...10^-12 Ом^-1см^-1). До них належать елементарні напівпровідники кремній Si, германій Ge та їх тверді розчини і хімічні з'єднання типу А¹¹В¹¹¹, А^1ІВ^VІ, А^1І1В^V та інші.

Призначення. Напівпровідникові прилади призначені для виконання певних функцій у пристроях генерування і оброблення сигналів, запису, зберігання, оброблення та зчитування інформації. Подібне призначення мають і вакуумні активні елементи, але вони мають набагато більші вагогабаритні показники і використовують набагато більші струми і напруги.

Класифікація. Напівпровідникові прилади класифікують за видом, який визначається кількістю ділянок з різним типом провідності. Виділяють три основні види напівпровідникових приладів: напівпровідникові діоди, напівпровідникові транзистори і напівпровідникові тиристори, які мають відповідно дві, три, чотири і більше таких ділянок. Кожен з цих трьох видів напівпровідникових приладів ще поділяється на окремі групи та підгрупи.

Напівпровідникові прилади ще класифікують за матеріалом (германієві кремнієві, арсенід-галієві тощо); за частотою (низькочастотні, високочастотні та надвисокочастотні); за потужністю (малопотужні, середньої потужності і потужні); за напругою (низьковольтні та високовольтні); за способом отримання електронно-діркового переходу (площинні, крапкові і мікросплавні) та за деякими іншими ознаками.

Будова. Напівпровідникові прилади виготовляють переважно з кремнію германію, арсеніду галію і деяких інших напівпровідників. Основу напівпровідникового приладу становить кристал (частинка напівпровідникового: монокристалічного матеріалу розміром 1 мм³), у якому методом сплавленні або дифузії сформовано один або декілька р-n-переходів або структуру метал-окисел-напівпровідник (МОН). Прилад має також корпус разом із зовнішніми виводами. Потужні прилади мають масивні корпуси, іноді з радіаторами і навіть спеціальними елементами кріплення в апаратурі. Для з'єднання зовнішніх виводів з контактними площинами кристалів застосовують перемички.

Робота. Функціонування напівпровідникових приладів ґрунтується на використанні процесів, які відбуваються в р-n-переходах і прилеглих до них ділянках, або в МОН-структурах. Основними з них є інжекція емітером у базу неосновних (для бази) носіїв під час прямого зміщення р-n-переходу, рекомбінація їх у базі з основними носіями, дифузія або дрейф не рекомбінованих носіїв в базі, екстракція їх колектором за наявності зворотно зміщеного колекторного р-n-переходу.

Основні процеси в МОН-структурах, які визначають роботу побудованих на них напівпровідникових приладів, – це індукування заслоном каналу високої провідності, який з'єднує витік із стоком та моделювання ним опору цього каналу.

Властивості. Основними перевагами дискретних напівпровідникових приладів є їх висока надійність, економічність, менші, ніж у вакуумних та газонаповнених електронних приладів, вага та габарити і широкі функціональні можливості, які проявляються в здатності генерувати, випрямляти, комутувати, підсилювати електричні сигнали, здійснювати інші види обробки.

Недоліками дискретних напівпровідникових приладів є їх теплочутливість, невисока радіаційна стійкість, а також їх дискретний характер, який вимагає під час монтажу в РЕА виготовляти велику кількість контактів, які збільшують трудомісткість виготовлення електронних засобів і перешкоджають подальшому підвищенню їх надійності.