1.4. Полупроводниковые приборы

К полупроводниковым приборам относят в первую очередь диоды и транзисторы.

Диодом называют полупроводниковый прибор с одним p-n переходом и двумя выводами. В основе классификации диодов лежит их функциональное назначение, связанное с использованием определенных свойств и явлений в p-n переходе.

Транзисторы подразделяются на биполярные и полевые. Биполярным транзистором называют полупроводниковый прибор с двумя взаимодействующими p-n переходами и тремя или более выводами. Полупроводниковый кристалл такого транзистора состоит из трех различных областей с чередующимися типами электропроводности. В зависимости от порядка расположения трех областей в полупроводниковом кристалле различают транзисторы n-p-n и p-n-p типов. Центральную область кристалла называют базой (Б), а наружные области – соответственно эмиттером (Э) и коллектором (К). P-n переход между эмиттером и базой называют эмиттерным, а p-n переход между коллектором и базой – коллекторным. Взаимодействие между переходами обеспечивается малой толщиной базы. При этом эмиттер имеет более высокую концентрацию примесей по сравнению с коллектором, а коллекторный переход реального биполярного транзистора имеет гораздо большую площадь, чем эмиттерный.

Для изготовления элементов электронных схем используют широкий набор материалов: проводящие металлы, спла-вы и жидкости, диэлектрические соединения и смеси, полупроводниковые материалы, магнитные сплавы, ферролаки и многие другие. Электромагнитные свойства материа-лов характеризуют удельная электрическая проводимость σ, относительные ди-электрическая e и магнитная m проницаемости.

Электопроводность материа-лов обусловлена различными физическими явлениями (электронная, ионная, дырочная) и зависит от заряда частиц, их плотности в единице объема, подвижности. В соответствии с их удельной электрической проводимостью, лежащей в очень широких пределах от 10 -7 См/м до 108 См/м, используемые в электронике материалы делят на диэлектрики s < 10 -7См/м, полупроводники s @ (10 -7…104) См/м и проводники s @ (106…108) См/м.

В электронных изделиях при-меняют провода и несущие конструкции из различных металлов и их сплавов, отличающихся хорошей электропроводностью вследствие наличия большого числа свободных электронов (плотность 1023 1/см3). Для элек-трических соединений используют медь (удельная электропроводность s @ 57 МСм/м или удельное сопротивление 1/s = r @ 0,018 мкОм•м), алюминий (s @ 36 Мсм/м, r @ 0,028 мкОм•м) и иногда сталь (s @ 8 Мсм/м, r @ 0,12 мкОм•м). В электронных прибо-рах применяют сплавы с высоким сопротивлением, которое более чем на порядок вы-ше, чем у проводников: манганин (r @ 0,46 мкОм•м), константан (r @ 0,48 мкОм•м), алюмель(r @ 0,29 мкОм•м), хромель(r @ 0,67•мкОм м).

Для изоляции токоведущих частей электронного оборудования применяют различные диэлектрические материалы: лаки и краски, жидкие диэлектрики (масла), волокнистые (бумага, ткани, лакот-кани), слоистые и слюдяные (текстолит, гетинакс, слюдинит), керамические (электро-фарфор, стеалит), стекло и многие другие.

Идеальный диэлектрик харак-теризует ничтожно малая плотность свободных зарядов и s @ 0. Реальные мате-риалы обладают достаточно высокими значениями удельного сопротивления: фарфор (керамика) имеет r @ 10 13 Ом×м. полистирол – r @ 10 16 Ом×м.

Важным параметром изоляци-онных материалов является их способность к поляризации, отражаемая относительной диэлектрической проницаемостью(e > 1), которая изменяется в достаточно широких пределах. Газы (в том числе воздух) имеют e » 1. Для жидких диэлек-триков значения диэлектрической проницаемости различны: вода дистиллированная имеет e = 80, спирт этиловый – e = 25, керосин – e = 2. Значения проницаемости твердых диэлектрических материалов лежат в пределах e = 2…8 (полистирол –2,5; фарфор – 7, гетинакс и текстолит – 6…8).

Каждый тип изоляционного материала характеризуется электрической прочностью, т.е. значением напряженности электрического пробоя при заданной температуре. При температуре 200С воздух обладает пробивной напряженностью Епр = 3 МВ/м, поли-стирол Епр ≈ 30 МВ/м.