December 03 2016 02:22:47
School Nogma
Навигация
 
Авторизация
Логин

Пароль



Вы не зарегистрированы?
Нажмите здесь для регистрации .

Забыли пароль?
Запросите новый здесь.
 
генерация высокочастотного тока
Физические основы информации

Исследования показали, что комбинация p/n – переходов может быть использована для усиления и генерации высокочастотного тока. Изобретение транзистора, состоящего из двух последовательных p/n–переходов на одном кристалле и выполняющего вышеуказанные функции, положило начало развитию микроэлектроники. По мнению некоторых ученых в ХХ веке можно выделить три открытия, которые существенным образом повлияли на развитие человечества. Во-первых, открытие деления ядер урана нейтронами (Нобелевская премия по химии Отто Хану в 1944), положившее начало созданию атомного оружия и развитию атомной энергетики. Во-вторых, открытие транзисторного эффекта и создание транзистора (Нобелевская премия по химиии Джону Бардину и Нобелевская премия по физике Уолтеру Браттейну и Уильяму Шокли в 1956). В-третьих, создание генераторов и усилителей электромагнитных волн – мазеров (радиодиапазон) и лазеров (оптический диапазон), которые получили широкое применеие в физике, химии, медицине, связи и т.д. (Нобелевская премия по физике Николаю Басову, Александру Прохорову и Чарлзу Таунсу в 1964).

Транзисторный эффект получается на основе использования вольтамперной характеристики p/n–перехода и явления инжекции носителей тока через p/n–переход. Транзистор состоит из трех полупроводников с разными типами проводимости, полученных на одном кристалле. На рисунке изображен транзистор, где эмиттер (Э) и коллектор (К) образованы с помощью полупроводника, имеющего электронную проводимость, а центральная часть транзистора – база (Б) образована на основе полупроводника с дырочной проводимостью.

img533

В типичных случаях электропроводность эмиттера ~104Ом-1·м-1, базы ~102Ом-1·м-1.

Ширина базы aБ должна быть много меньше диффузионной длины L электронов. Только в этом случае возможна эффективная инжекция электронов из эмиттера через базу в коллектор и усиления тока неосновных носителей. В случае легированного германия диффузионная длина Lg~10-4м и определяется процессом рекомбинации электронов и дырок в базе. Следовательно, толщина базы aБ ≤ 10-5м, поэтому необходимо использовать высокие технологии.

В качестве источников энергии для усиления высокочастотного входного сигнала Uвх используются источники постоянного напряжения εэ и εк, включенные соответственно в цепи эмиттера и коллектора. Усиленное выходное напряжение снимается с нагрузки RH, включенной в цепь коллектора. Коэффициент усиления по напряжению определяется формулой

img534,                                                                              (II.8.45)

где Dк – толщина области, объемного заряда в коллекторной области р/n-перехода, где возникает двойной электрический слой (объемный электрический заряд), а его величина может существенно превышать 103.

Современные технологии изготовления полупроводников позволяют замещать одни атомы кристаллической решетки другими атомами и на основе таких твердых растворов получать гетероструктуры с переменной шириной запрещенной зоны, переменными эффективными массами носителей тока, переменной подвижностью носителей тока. Например, в соединении AlxGa1-xAs часть атомов галлия (Ga) заменена атомами алюминия (Al), в результате ширина запрещенной зоны становится монотоно растущей функцией концентрации x атомов Al. В гетероструктурах осуществляются  контакты различных по химическому составу полупроводников, имеющих очень близкие по геометрии (тип, ориентация, период) кристаллические решетки (AlAs, d = 5,63img535, GaAs, d = 5,653img536). Одно из самых значительных достижений в этом направлении – создание низкопороговых по току возбуждения полупроводниковых лазеров на основе двойной гетероструктуры, имеющих очень большой срок службы (ок. 100 000 ч). Это привело к бурному развитию волоконно-оптических линий связи.

Другое важное направление в современной микроэлектронике связано с созданием низкоразмерных электронных систем, к которым относятся двумерный электронный газ, где движение электронов происходит в плоскости, квантовые нити или проволоки, в которых реализуется одномерное движение электронов и, наконец, квантовые точки, содержащие ≤103 атомов и представляющие собой по сути дела искусственные атомы, где движение электронов ограничено сразу в трех направлениях. В этой области имеются такие успехи, как создание лазера на одном атоме и транзистора, работающем в условиях прохождения одного электрона.

Комментарии
Нет комментариев.
Добавить комментарий
Пожалуйста, залогиньтесь для добавления комментария.
Рейтинги
Рейтинг доступен только для пользователей.

Пожалуйста, авторизуйтесьили зарегистрируйтесь для голосования.

Нет данных для оценки.

Время загрузки: 0.04 секунд 4,189,920 уникальных посетителей