ELEKTRONIKE KOMPONENTE

ELEKTRONIKE KOMPONENTE

SKRIPTA ZA USMENI

Generiranje nosilaca naboja u poluvodiu

isti poluvodiiPri T=0 K:

-nema slobodnih nosilaca naboja jer su valentni elektroni vrsto vezani u stabilnu atomsku ljusku s osam elektrona, struja ne tee kroz poluvodi izolator (vedek slika 1.1.b).

Pri T>0 K:

-dolazi do titranja atoma u kristalnoj reetki (vedek slika 1.1.a), dolazi do porasta energije dovoljne da razbije kovalentne veze atoma u reetki,stvara se par: - slobodnog elektrona (n);

- slobodne upljine (p).

Tu postoji odreena vjerojatnost da e valentni elektron zahvatiti kvant enegije dovoljnog za razbijanje valentne veze i njegov prijelaz u vii vodljivi pojas, gdje postaje slobodan nosilac naboja (vedek slika 1.6.).

U intrinsinom poluvodiu se razbijanjem valentnih veza uvijek stvaraju parovi nosilaca naboja (elektron - upljina) i oni se gibaju kaotino i u odreenom vremenu ponite s nosiocem suprotnog naboja (rekombiniraju).

Elektroni i upljine se ponitavaju u parovima pa vrijedi da koncentracije elektrona i upljina jednaki:.

Primjesni poluvodii

Koliina i vrsta neistoa (primjesa) jako utjeu na vodljivost poluvodia u irokim temperaturnim granicama. Unoenje primjesa u isti poluvodi naziva se dopiranjem, a takav vodi zovemo primjesnim ili dopiranim poluvodiem.

Poluvodi N- tipa

Ako se istom poluvodiu dodaju atomi peterovalentne primjese tada 4 elektrona iz atoma primjese popunjavaju 4 kovalentne veze i stvaraju stabilnu ljusku od 8 elektrona. Peti je elektron uz atom vezan slabom elektrostatskom silom, te je potrebno znatno manje energije da elektron napusti jezgru i postane slobodan (vedek slika 1.2.).Pri T=0:

nema slobodnih nosilaca naboja.

Pri T>0:

dolazi do ionizacije i to do temperature (temperature ionizacije) gdje su atomi pretvoreni u ione, elektroni dobiju dovoljno energije (E>) da napuste atom primjese i postanu slobodni nosioci negativnog naboja;

pri jo viim temperaturama pojavljuje se termiko razbijanje valentnih veza; slobodni elektroni s elektronima dobivenim termikim razbijanjem valentnih veza stvaraju elektirnu provodnost poluvodia, jer upljine nastaju termikim razbijanjem valentnih veza, stoga je elektrona znatno vie i priblino jednako koncentraciji ioniziranih primjesa (); do temperature (intrinsina temperatura ) vrijedi >, nakon te temperature poveava se koncentracija generiranih parova nosilaca pa poluvodi N tipa postaje isti poluvodi.Kod primjesnog poluvodia N tipa (vedek slika 1.7.) vrijedi:

elektroni veinski nosioci () ;

upljine manjinski nosioci (). Donor atom koji osigurava elektronsku provodnost, otputa elektron koji postaje

slobodan nosilac negativnog naboja i nakon otputanja postaje pozitivan ion.

Poluvodi P tipa

Ako se istom poluvodiu dodaju atomi trovalentne primjese, tada 3 elektrona atoma primjese stvaraju 3 kovalentne veze dok jedna ostaje nekompletna (slika 1.3.).

Pri T=0:

nema slobodnih nosilaca naboja.

Pri T>0:

dolazi do ionizacije atoma akceptora pa raste koncentracija upljina vea od

koncentracije elektrona >;

veza se moe uspostaviti tako da atom primjese preuzme valentni elektron nekog od susjednih atoma poluvodia;

atom primjese postaje ion s negativnim nabojem, a mjesto prekinute kovalentne veze se popnjava elektronima iz susjednih kovalentnih veza;

slobodni elektroni zajedno s termikim rezbijanjemkovalentnih veza stvaraju preteno upljinsku provodnost, jer elektroni nastaju termikim razbijanjem kovalentnih veza, stoga je upljina znatno vie i priblino jednaka koncentraciji ioniziranih primjesa () .Kod primjesnog poluvodia P- tipa vrijedi:

upljine veinski nosioci ();

elektroni manjinski nosioci ().Akceptor osigurava upljinsku provodnost, popunjava svoju valentnu vezu preuzimanjem elektrona iz susjedne razbijene kovalentne veze i zatim postaje negativan naboj.Kompenzacija postupak nadjaavanja jedne koncentracije primjesa drugom, ako je poetni materijal ve prije bio dopiran (akceptorima), onda se dodavanjem primjesa donorskog tipa moe poetni materijal P tipa pretvoriti u isti poluvodi ili materijal N tipa. Mehanizmi rekombinacije nosilaca naboja

Rekombinacija proces obrnut generiranju naboja, njome se ponitava postojei par slobodnih nosilaca naboja, elektron-upljina. Kada ne bi bilo rekombinacije, nakon odreenog vremena bi pod djelovanjem termike energije svi elektroni preli u vodljivi pojas, tj. u stanje poviene energije. Procesi generiranja i rekombnacije su suprotni i nerazdvojno povezani. Rekombinacija se moe dogoditi u volumenu ili povrini preko mehanizma:

izravne rekombinacije direktno vraanje elektrona iz vodljivog u valentni pojas, gdje popunjavaju upranjene razine i tako ponitavaju upljine, a elektron pri tom prijelazu mora emitirati energiju istog iznosa koja je bila potrebna za njegovo dizanje u vodljivi pojas, elektroni emitiraju energiju u vidu fotona ili fonona, ali vie u obliku fonona; neizravne rekombinacije preko rekombinacijskih centara rekombinacijski centri nastaju zbog poremeaja u kristalnoj reetki ije energetske razine lee duboko u energetskom procjepu, aktivacijska energija zbog toga visoka pa zbog toga ostaju neionizirani (ne mijenjaju koncentraciju slobodnih nosilaca),proces se odvija u dva koraka, razlika energije i impulsa se predaje fononima i kristalnoj reetki;

zbog Augerova efekta odvija se u jednom koraku i to tako da vodljivi elektron preda energiju i impuls drugom vodljivom elektronu ili upljini, a ovaj dalje razmjenjuje sa susjednim elektronom ili upljinom.

Odreivanje koncentracije nosilaca naboja u poluvodiuPoluvodi koji nije ukljuen u elektrini krug mora biti neutralan i pri tome zbroj svih pozitivnih naboja mora biti jednak zbroju negativnih naboja:

,

gdje su i koncentracije ioniziranih primjesa odnosno pri sobnoj temperaturi ( i ):

isti poluvodiTu zanemarujemo koncentracije primjesa: .

Poluvodi N tipa

Koncentracija donorskih atoma je vea od koncentacije akceptorskih primjesa (>), pa vrijedi:

Izraz za ravnotenu koncentraciju elektrona koji su veinski nosioci pri nekoj temperaturi T:

Izraz za ravnotenu koncentraciju upljina koji su manjinski nosioci pri nekoj temperaturi T:

.Za ekstrinsino temperaturno podruje gdje su svi atomi primjese ionizirani pa je koncentracija ()>> i vrijedi:

,

.

Na slici 1.12. (vedek) je prikazano ekstrinsino temperaturno podruje poluvodia N tipa. Pri vrlo visokim temperaturama privedena energija nije dovoljna za ionizaciju atoma donora, pa je koncentracija elektrona u vodljivom pojasu vrlo mala. Dalnjim porastom temperature zapoinje intenzivnija ionizacija primjesa zbog ega se koncentrcija elektrona poveava. Generiranje elektrona je zanemarivo zbog premale privedene energije. Pri nekoj temperaturi sve donorske primjese su ionizirane. Ta se temperatura naziva temperaturom potpune ionizacije. Na temperaturama iznad raste i broj termiki generiranih elektrona, a kako je koncentracija donorskih primjesa znatno via od njihove koncentracije , ukupna koncentracija elektrona praktiki je konstantna, sve do intrinsine temperature . Temperaturni opseg izmeu i naziva se ekstrinsino podruje i unutar njega je poluvodi N tipa. predstavlja gornju granicu ekstrinsinog temperaturnog podruja kod koje koncentracija termiki generiranih postaje jednaka koncentraciji primjesa. U intrinsinom podruju koncentracije termiki generiranih elektrona postaju vee od koncentracije donora, pa poluvodi opet postaje ist intrinsian, a to vrijedi i za manjinske nosioce koji iznad temperature i njihova koncentracija tei intrinsinoj.Poluvodi P tipa

Koncentracija akceptorskih atoma je vea od koncentracije donorskih atoma (>), pa vrijedi:

.U ravnotenom stanju:

,

Unutar ekstrinsinog podruja praktino svi atomi primjese su ionizirani pa je koncentracija ()>>, te vrijedi:

,

.

Raspodjela nosilaca naboja po energijamaRaspodjela elektrona u vodljivom pojasu

Broj elektrona u vodljivom pojasu se odreuje relacijom:

,

gdje je funkcija gustoe doputenih kvantnih stanja (vedek slika 1.13.):

.Fermi Diracova funkcija opisuje vjerojatnost da je neko doputeno stanje na energetskoj razini E zaposjednutno elektronom:

.

Fermijeva razina je definirana kao energija za koju je vjerojatnost popunjenosti energetske razine elektronom jednaka . Iz slike 1.14. (vedek) zakljuujemo: za T=0 doputena stanja ispod su zauzeta (), a doputena stanja iznad su prazna ();

pri T>>0 postoji vjerojatnost f(E) da su neke razine iznad pune i odgovarajua vjerojatnost 1-f(E) da su neke razine ispod prazne.

Umnoak i prikazuje slika 1.15 (vedek). Iz slike vidimo da funkcija ima minimum na (donji rub vodljivog pojasa), a maksimum na , a ta funkcija zbog eksponencijalnog karaktera brzo konvergira prema nuli. Ukupan broj elektrona je jednak povrini ispod te krivulje i glasi:

.

U ekstrinsinom podruju Fermijeva razina lei u zabranjenom pojasu i to nekoliko kT jedinica iznad njegovog gornjeg ruba. Dakle za vrijedi:

,gdje dalje dobijemo:

,

gdje je

efektivna gustoa kvantnih stanja u vodljivom pojasu.

Raspodjela upljina u valentnom pojasu

Broj upljina u valentnom pojasu se odreuje relacijom:

,

gdje je funkcija gustoe doputenih kvantnih stanja (vedek slika 1.16.):

.

Energija vrha valentnog pojasa je uzeta kao referentna i u izrazu je energija upljina u valentnom pojasu negativna. Funkcija predstavlja vjerojatnost da se na nekoj razini nalaze upljine, odnosno da nema na toj razini elektrona (vedek slika 1.17.).Umnoak i prikazuje slika 1.18 (vedek). Koncentracija upljina u valentnom pojasu jednaka je povrini ispod krivulje i raunski se dobiva:

.

Fermijeva razina je u zabranjenom pojasu i to nekoliko kT jedinica iznad njegova donjeg ruba pa vrijedi:

,

gdje dalje dobijemo :

,

gdje je

efektivna gustoa kvantnih stanja u valentnom pojasu.

Iz izraza za koncentracije elektrona i upljina dobijemo izraz za intrinsinu koncentraciju:

gdje je taj umnoak neovisan o vrsti primjesa i koliini primjesa, ali je ovisan o irini energetskog procjepa i temperaturi T.Odreivanje poloaja Fermijeve razine

isti poluvodi

Zbog uvjeta elektrine neutralnosti iz izraza

dobijemo da je Fermijeva razina u istom poluvodiu na sredini energetskog procjepa (vedek slika 1.19.a)

.

Poluvodi N tipa

Za poluvodi N tipa dobijemo da je koncentracija elektrona u vodljivom pojasu iz izraza

jednaka

.

Nakon logaritmiranja dobiva se poloaj Fermijeve razine poluvodia N tipa u ovisnosti o koncentraciji elektrona:

.

Poveanjem efektivne koncentracije donorskog tipa poloaj Fermijeve razine se pomie prema gornjem rubu energetskog procjepa i nalazi se se iznad razine (vedek slika 1.19.b). Kada se iznad poluvodi N tipa vraa u intrinsino stanje, tako se s porastom temperature i Fermijeva razina poinje vraati prema sredini energetskog procjepa (vedek slika 1.20.a).Poluvodi P tipa

Koncentracija upljina u valentnom pojasu se moe izraziti pomou intrinsine koncentracije i razlike Fermijeve razine intrinsinog poluvodia i Fermijeve razine poluvodia P tipa:

.

Nakon logaritmiranja dobijemo Fermijevu razinu poluvodia P tipa:

.

Fermijeva razina je blie dnu energetskog procjepa to je vea efektivna koncentracija akceptorskih primjesa (vedek slika 1.19.b). Fermijeva razina se nalazi ispod razine , koncentracija je upljina vea od koncentracij elektrona. Slika 1.20.b. (vedek) pokazuje da porastom temperature Fermijeva razina oba tipa poluvodia tei k , tj. intrinsinom stanju. Na slici 1.20. a i b vidimo da porastom temperature suzuje se energetski procjep.Mehanizmi voenja strujePokretljivost opisuje stupanj utjecaja elektrinog polja na gibanje nosilaca naboja. Pokretljivost elektrona razlikuje razlikuje se od pokretljivosti upljina i za Si u prvilu vrijedi . Ovisi o temperaturi, koncentraciji primjesa, jakosti elektrinog polja i o mehanizmu rasprenja.

Ovisnost

ovisi o rasprenju elektrona; kad je dominantno rasprenje uzrokovano titranjem kristalne reetke, onda je:

,

kad temperatura raste pokretljivost opada;

kod iona primjesa s porastom temperature raste pokretljivost

.

Slika 1.23. (vedek) prikazuje da na viim temperaturama je jae titranje kristalne reetke pa s porastom temperature opada pokretljivost, a pri niim temperaturama pa se smanjenjem temperature smanjuje rezultantna pokretljivost , to izaziva pojavu maksimuma u krivulji

Ovisnost

-

gotovo ne ovisi o N, proporcionalan s ;

- pri rezultantna pokretljivost gotovo ne ovisi o koncentraciji, dok je

za ta ovisnost znatna.

Empirijska formula za odreivanje pokretljivosti elektrona i upljina

.Slika 1.24. prikazuje da pri niskim koncentracijama primjese krivulja tee prema , pa se najvea pokretljivost moe oekivati u poluvodiu bez primjesa, tu takoer poinje prevladavati mehanizam rasprenja na ioniziranim primjesama pa krivulje tee prema . Toka infleksije je pri koncentraciji .

Ovisnost

unosi nelinearan odnos izmeu gustoe struje i jakosti polja iz ega slijedi i nelinearnost strujno- naponskih karakteristika poluvodia. Linearni odnos izmeu driftne brzine i elektrinog polja vrijedi ako je driftna brzina znatno manja od srednje kaotine termike brzine, elektrino polje manje od neke kritine vrijednosti . Elektrino polje ovisi o uvjetima kod kojih driftna brzina nosilaca postaje usporediva s termikom brzinom i iznosi . Tada se javljaju nosioci ija je energija via od termike energije. Dodatna energija dobivena od vanjskog elektrinog polja predaje se reetki, a ne elektronima. Ne vrijedi =konst., pokretljivost ovisi o recipronoj jakosti polja F, driftna brzina se ne mijenja s poveenjem polja (vedek slika 1.25.).

Drift gibanje slobodnih nosioca naboja pod djelovanjem elektrino polja.

Driftna brzina srednja brzina u smjeru polja :

Driftna struja gustoa struje koja tee u smjeru elektrinog polja jednaka je koliini naboja koji u jedinici vremena proe kroz jedininu povrinu:

Smjer gibanja elektrona je suprotan smjeru elektrinog polja, a smjer gibanja upljina , gustoe struje elektrona i gustoe struje upljina u smjeru elektrinog polja.Jednodimenzionalni sluaj (promjena elektrinog potencijala u smjeru osi x):

Zbog ovisnosti dovodi do toga da gustoa struje kroz poluvodi nije linearno zavisna o jakosti elektrinog polja (odstupanje od Ohmovog zakona).

Provodnost poluvodia

Temperaturna ovisnost provodnosti vezana je uz ovisnost pokretljivosti nosilaca naboja. U podruju nepotpune ionizacije, ispod , provodnost se naglo smanjuje sa snienjem temperature jer se smanjuje ionizacija atoma primjese. Unutar ekstrinsinog podruja provodnost je i s porastom temperature malo opada, zbog temperature pada pokretljivost nosilaca. U intrinsinom podruju iznad provodnost raste prema jer poluvodi tei intrinsinom stanju (vedek slika 1.27.).Difuzija, difuzijska struja

vezana je uz ravnotenu koncentraciju nosilaca naboja u materijalu; ta je struja zanemariva u metalima, a u poluvodiaim nije;

broj elektrona zbog difuzije koji proe u jedinici vremena kroz povrinu je:

(negativno zbog difuzije od mjesta vie prema mjestu nie koncentracije).

Gustoa difuzijske struje glasi (vedek slika 1.28.):

Transportne jednadbe (vedek slika 1.29.)

tj.

Einstenova relacija

opisuje vezu izmeu difuzijske konstante i pokretljivosti istog tipa nosilaca:

PN spojSkokoviti PN- prijelaz:

neto koncentracija atoma P- strane na neto kncentraciju N- strane (vedek slika 2.2.a).

Linearno-postepeni PN-prijelaz:

neto koncentracija se postupno mijenja po linearnom zakonu (vedek slika 2.2.b);

metalurki spoj se nalazi na mjestu .

PN-spoj u stanju ravnotee

Ako spojimo dva monokristala poluvodia u jedinstveni (vedek slika 2.4.a), zbog velike razlike u koncentraciji pokretljivih nosilaca naboja kroz PN-spoj poteku difuzijske struje veinskih nosilaca naboja (vedek slika 2.4.b). Dio elektrona koji prelazi s N-strane na P-stranu ostavlja uz rub PN-spoja na N-strani nekompenziran pozitivan naboj iona donora, a na P-strani se poveava koncentracija elektrona i na toj strani se viak elektona rekombinira sa upljinama uz rub spoja dok se dalje od PN-spoja ne uspostavi ravnoteno stanje. Kako se koncentracija upljina P-strane smanjuje zbog rekombinacije i prijelaza na N-stranu, tik uz rub ostaje nekompenziran negativan naboj iona akceptora, a to vrijedi i za upljine koje zbog velike razlike koncentracije prelaze difuzijom s P-strane na N-stranu i sudjeluju u stvaranju manjinskih nosilaca naboja i irenju prostornog naboja (vedek slika 2.4.a).

Slika 2.4.b pokazuje osiromaeno podruje lijevo i desno od osiromaenog podruja u kojem prostorni naboj dovodi do stvaranja ugraenog elektrinog polja od donorskih prema akceptorskim ionima. To polje stvara driftnu struju manjinskih nosilaca naboja koje predstavljaju gibanje manjinskih elektrona iz P- u N-podruje i manjinskih upljina iz N- u P-podruje, te pojavu potencijalne barijere koja spreava difuziju veinskih nosilaca. Jakost ugranog el. polja je tolika da se driftne i difuzijske struje elektrona i upljina ponite, neto struja kroz poluvodi jednaka je nuli i PN-spoj je u ravnotei.

Kontaktni potencijal Gradijent Fermijeve razine u termodinamikoj ravnotei jednak je nuli u novonastalom monokristalu. U vodljivom pojasu elektron ima kinetiku energiju a u energetskom procjepu potencijalnu energiju, a ona je u termodinamikoj ravnotei jednaka nuli odnosno dolazi do iskrivljavanja energetskih pojasa u oba tipa poluvodia kako bi Fermijeva razina skroz bila konstantna. irina energetskog procjepa je nepromijenjena, dno vodljivog i vrh valentnog pojasa ostaju jednako udaljeni. Visinu potencijalne barijere uzrokavane ugraenim el. poljem mogue je odrediti iz razlike Fermijevih razina poluvodia P- i N-tipa. U kvazineutralnim podrujima koncentracije nosilaca naboja ostaju iste kao i prije spajanja P- i N-tipa. Potencijal N-tipa je pozitivan, a potencijal P-tipa negativan. U osiromaenom podruju su koncentracije nosilaca naboja manje od ravnotenih, pa su i potencijali po apsolutnom iznosu manji od ravnotenih (vedek slika 2.5.). kontaktni potencijal je jednaka razlici potencijala u kvazineutralnim podrujima poluvodia P- i N-tipa:

.Kontaktni potencijal ovisi o temperaturi i to preko naponskog ekvivalenta i intrinsine koncentracije, s porastom temperature koncentracije primjesa su konstantne.Svojstva osiromaenog podruja skokovitog PN-spoja podruje je osiromaeno jer u njemu nema slobodnih nosilaca naboja, ve postoje nepokretni naboji iona primjesa;

tu se nadovezuju dobra vodljiva, elektrina i kvazineutralna podruja;

gustoa naboja je konstantna (vedek slika 2.7.):

EMBED Equation.3 ; izvan osiromaenog podruja .

Osnovne formule

Propusna polarizacija PN-spoja vanjski napon doveden tako da je pozitivan pola na P-strani, a negativan na N-strani, nastaje vanjsko polje koje se odupire ugraenom elektrinom polju (vedek-slika 2.8.). Ukupno elektrino polje je po smjeru jednako a po iznosu manje od ugraenog elektrinog polja ;

suprotstavljanje vanjskog polja ugraenom polju- injekcija elektrona na N-strani i upljina na P-strani;

injekciju podrava vanjski izvor, a njome se u osiromaenom podruju neutralizira dio naboja nekompenziranih iona donora i akceptora pa se to podruje suuje, potencijalna barijera snizuje-neravnotea (odrava se pomou vajskog elektrinog polja);

kad se N-strana uzemlji dovodi se pozitivan potencijal na P-stranu i pomie Fermijeva razina P-strane za iznos +qU, pa vrijedi

;- , potencijalna barijera se snizuje-olakava se difuzija veinskih nosilaca i

difuzijske komponente gustoe struje se poveavaju i po iznosu su vee od driftnih

struja manjinskih nosilaca (), PN-spoj-tee struja propusne

polarizacije (), to je vii izvana narinuti napon, to je nii

kontaktni potencijal i potencijalna barijera, pa je struja vea.

Nepropusna polarizacija PN-spoja vanjski napon dovodimo tako da je negativan pol na P, a pozitivan na N-strani, stvara se vanjsko elektrino polje koje podupire ugraeno elektrino polje, nastaje ukupno polje po smjeru jednako, a po iznosu jae od ugraenog elektrinog polja (vedek slika 2.10.);

vanjsko elektrino polje dodatno izvlai kroz vanjski izvor slobodne elektrone i upljine, osiromauje jo vie N- i P-stranu osiromaenog podruja;

sloj prostornog naboja se iri, a potencijalna barijera postaje via, PN-spoj u neravnotei koja podrava vanjsko elektrino polje; posljedica negativnog potencijala na P-strani poluvodia je pomicanje Fermijeve razine na P-strani za iznos qU, pa je:

EMBED Equation.3 ;- , potencijalna barijera se ime je sprjeena difuzija veinskih nosilaca

naboja, i vie ne postoje, kroz PN-spoj tee reverzna struja

, suprotno struji propusne polarizacije (vedek slika 2.11.);

to je narinuti napon vii, vii je i ukupni napon, osiromaeni sloj se iri ().irina osiromaenog podruja i barijerni kapacitet

irina osiromaenog podruja ovisi o kontaktnom potencijalu;

za skokoviti PN-prijelaz vrijedi:

.

Osiromaeno podruje predstavlja kapacitet kod kojeg omjer naboja i napona nije linearan-barijerni kapacitet osiromaenog sloja (). Naboj je nelinerana funkcija napona i kapacitet treba raunati kao omjer difuzijske promjene napona (vedek slika 2.13.):

EMBED Equation.3 ;

u nesimetrinom PN-spoju osiromaeno podruje se iri prema slabije dopiranoj strani i kapacitet je odreen jednim tipom primjese.

Linearno-postepeni PN-prijelaz

PN-spoj se moe podijeliti u dva potpuno razliita podruja: podruje prostornog naboja-gotovo bez pokretljivih nosilaca naboja;

kvazineutralno podruje-u kojem nema zamjetnog djelovanja elektrinog polja;

duljina kvazineutralnih podruja moe imati dvije krajnje vrijednosti:

a) znatno dua difuzijskih duljina (dioda irokih strana );

b) znatno kraa od difuzijskih duljina (dioda uskih strana ).Dioda irokih strana

P- i N-podruja su znatno dulja od irine osiromaenog podruja (vedek slika 2.14.);

u takvoj se diodi zbog rekombinacije ravnotena koncentracija nosilaca naboja ponovno uspostavlja na dovoljnoj udaljenosti od osiromaenog podruja ;

kvazineutralno podruje je gotovo osloboeno djelovanja elektrinog polja, a kod malog pomaka od ravnotene koncentracije uvodi se priblienje koje utjee na manjinske nosioce

;

na rubu je zbog prelaska upljina sa P-strane malo porastao broj upljina (vedek slika 2.15.a); to privlai veinske elektrone N-strane zbog ponitavanja pozitivnog naboja

injektiranih upljina, mijenja se i koncentracija veinskih nosilaca, ali zanemarivo

malo u uvjetima neravnotee (), govori se o reimu male

injekcije;

zbog neravnotee PN-spoja, dolazi do male neravnotee koncentracije manjinskih nosilaca, izaziva difuzijsko gibanje, driftna komponenta se moe zanemariti, ukupna struja se pripisuje difuzijskom gibanju manjinskih nosilaca:

; te struje teku u istom smjeru, gradijent P-strane je pozitivan (smjer osi x), difuzija

elektrona u negativnom smjeru (tehniki smjer pozitivan), za N-stranu suprotno; uz pretpostavku da se struja u podruju prostornog naboja ne mijenja, ukupna gustoa struje je zbroj gustoa struja na rubovima osiromaenog podruja i kvazineutralnog podruja:

iz nje se dobije strujno-naponska karakteristika idealne diode:

,gdje je

reverzna struja zasienja i ta jednadba predstavlja Schockleyjevu jednadbu (vedek

slika 2.16.).

Nepropusna polarizacija

za negativan napon na rubovima osiromaenog podruja se pojavljuje manjak slobodnih manjinskih nosilaca koji ne moe biti vei po iznosu od i ; struja kroz PN-spoj je i ovisi o protjecanju manjinskih nosilaca naboja.

Dioda uskih strana

duljine kvazineutralnih podruja su znatno krae od difuzijskih duljina i ne dolazi do rekombinacije nosilaca naboja (vedek slika 2.20.);

svi manjinski nosioci rekombiniraju tek na omskim kontaktima takve diode ;

kod dioda uskih strana karakteristina duljina je kvazineutralnih podruja:

; linearna promjena koncentracija ukazuje na to da je gustoa struja na cijeloj N-strani

konst. te da za kompenzaciju rekombiniranih upljina ne treba dodatna struja, to vrijedi za P-stranu (vedek slika 2.21.).Odstupanje od idealne strujno-naponske karakteristike PN diode

Slika 2.22. (vedek) pokazuje koliko realna karakteristika u propusnom i nepropusnom stanju odstupa od idelne karakteristike diode.

Reverzna polarizacija

u tom sluaju je to znai da se neravnotene koncentracije veinskih i manjinskih nosilaca naboja smanjuju;

porastom napona reverzne polarizacije se poveava irina osiromaenog podruja, procesi rekombinacije i generiranja vie nisu uravnoteeni, prevladava termiko stvaranje parova elektron-upljina; reverzna struja polariziranja realne PN-diode raste bre od reverzne struje zasienja idealne diode, tu se javlja struja korekcije koja potpomae i ovisi o irini osiromaenog podruja.Propusna polarizacija

prevladava rekombinacija parova elektron-upljina, ukupna struja ovisi o gustoi energije stanja u blizini sredine energije procjepa, tu je umnoak koncentracije veinskih i manjinskih nosilaca vei od kvadrata intrinsine koncentracije pa se moe pretpostaviti da je i , to znai da se javlja mnotvo naboja sposobnih za rekombinaciju;

za , struja korekcije ovisi o naponu pa je ; ukupna struja je:

.Utjecaj visoke injekcije

poveanjem napona propusne polarizacije () dioda ulazi u podruje visoke injekcije; neravnotena koncentracija veinskih nosilaca se ne moe zanemariti u odnosu na njihovu ravnotenu koncentraciju i ona se razgrauje difuzijom udaljavanjem od osiromaenog podruja i zbog toga postaje bitna i difuzijska komponenta struje veinskih nosilaca;

dolazi do naruavanja neutralnosti u kvazineutralnim podrujima, dolazi do koncentracija uz rub PN-spoja i njihovog poveanja u volumenu;

veinske nosioce treba zbog neutralnosti zadrati uz rub, a to se postie unutarnjim elektrinim poljem koje ujedno djeluje i na manjinske nosioce ubrzavajui ih u smjeru njihove difuzijske struje (vedek slika 2.25.);

ta struja ima i driftnu komponentu i te dvije struje se potpomau pa je struja manjinskih nosilaca vea no pri niskoj injekciji, ali ta struja raste sporije sa U ;

da bi mogli izraunati unutarnje elektrino polje treba pretpostaviti da je ukupna struja elektrona jednaka nuli. Utjecaj omskih gubitaka

cijeli napon doveden na PN-diodu pojavljuje se na podruju najveeg otpora, tj. osiromaenom podruju, ta pretpostavka je tona za male struje (vedek slika 2.26.);

pri veem porstu treba uzeti u obzir i padova napona na kvazineutralnim podrujima, to se pojednostavljuje dodavanjem otpornika u seriju s osiromaenim slojem:

;

- se pojavljuje na osiromaenom podruju, U vanjski napon na diodi, i su

otpori kvazineutralnih P- i N-podruja, unutarnji serijski otpor diode jednak zbroju

otpora P- i N-podruja;

pad napona na kvazineutralnim podrujima ovisi o struji koja ovisi o naponu na

osiromaenom podruju;

porastom struje raste pad napona na otporima kvazineutralnih podruja, a se

smanjuje;

smanjenje napona na osiromaenom podruju smanjuje razinu injekcije nosilaca

naboja pa pri veim naponima struja raste sporije;

- s poveanom injekcijom nosilaca naboja zbog poveanja struje mijenja se

i provodnost kvazineutralnog podruja koja moe smanjiti otpore kvazineutralnih podruja.Temperaturna ovisnost strujno-naponskih karakteristika PN-spoja

.a) Nepropusna polarizacija

parametar u eksponencijalnom lanu izraza zanemarivo malo utjee na temperaturnu struje PN-spoja;

glavna ovisnost proistjee iz koji je dio (vedek slika 2.27.);

b) Propusna polarizacija

- - moe se zanemariti.

.

Postoje dvije mogunosti uporabe PN-spoja napon na PN-spoju je konst. (U=konst., vedek slika 2.28.);

struja kroz PN-spoj je konst (I=konst., vedek slika 2.29.); porastom temperature raste struja.Proboj PN-spoja

kod nepropusne polarizacije postoji napon proboja iznad kojeg reverzna struja naglo raste;

dolazi do proboja, a ako se proboj izvana ogranii sa otporom proboj je reverzibilan, nema oteenja PN-spoja;

kod iste struje snaga disipirana na PN-spoju je vea kod nepropusne polarizacije no kod propusne polarizacije, zato to je napon nepropusne polarizacije vii;

napon proboja je to vii to je slabije dopirana N-strana ili P-strana, a u nesimetrinom spoju to je nia koncentracija primjesa manje dopirane strane (vedek slika 2.30.).

Lavinski proboj

kad je osiromaeno podruje dovoljno iroko, nosioci naboja pod elektrinim poljem dobiju kinetiku energiju dovoljnu da pri sudaru s atomima kristalne reetke stvore novi par nosilaca naboja;

taj se par ubrzava istim poljem i sposoban je izazvati daljnju ionizaciju sudarom;

ako je elektron u pitanju, nakon ionizacije sudarom elektrinim poljem se ubrzavaju dva elektrona i jedna upljina, i svaki od njih primi od polja dovoljno energije da moe izazvati novi sudar;

uz umjerene iznose napona nepropusne polarizacije u osiromaenom podruju prevladavaju elektroni kao manjinski nosioci naboja u P-podruju;

elektrino polje od rubova raste i postaje maksimalno elektrino polje u osiromaenom podruju;

do lavinske multiplikacije dolazi pri minimalnom polju, ionizacija se moe pojaviti u sredinjem dijelu osiromaenog podruja duljine (vedek slika 2.31.a).

Tunelski proboj

- strujni tok kroz nepropusno polarizirani PN-spoj zbog tunelskog efekta naziva se

Zenerovim efektom;

posljedica je valne naravi elektrona, elektroni mogu proi kroz potencijalnu barijeru

konane visine, ako na drugoj strani osiromaenog podruja mogu zadrati svoju

poetnu energiju, zbog tunelskog efekta potei e struja elektrona iz vodljivog u

valentni pojas i obratno;

te struje su proporcionalne broju zauzetih stanja na izlaznoj strani i broju zauzetih stanja na ulaznoj strani, a struja tuneliranja jednaka je razlici tih dviju struja;

tehniki smjer je definiran kao protok iz materijala N-tipa u materijal P-tipa- smjer struje nepropusne polarizacije;

tunelski efekt se izraava preko vjerojatnosti tuneliranja koja raste s porastom jakosti elektrinog polja u osiromaenom sloju;

elektrino polje izaziva iskrivljavanje energetskog pojasa, poveanjem napona nepropusne polarizacije pojasi se jo vie iskrivljavaju (vedek slika 2.32.);

dakle u prisustvu jakog elektrinog polja velik broj nezauzetih stanja jedne strane PN-spoja odvojen je vrlo uskim osiromaenim slojem, odnosno potencijalnom barijerom konane visine, od velikog broja energetskih stanja iste energetske razine na drugoj strani PN-spoja;

vrlo uski osiromaeni slojevi dobivaju se jako dopiranim skokovitim PN-prijelazima;

ve pri naponima od nekoliko volti moe doi do tunelskog efekta, a ako ne doe onda e u diodi prevladavati proboj zbog lavinskog efekta.

Usporedba lavinskog i tunelskog efekta

o koncentraciji i tipu PN-prijelaza ovisi kada e nastupiti lavinski, a kada Zenerov proboj;

lavinski proboj nastupa pri niim koncentracijama i viim probojima, a Zenerov obrnuto;

napon proboja ovisi i o vrsti materijala i kod oba mehanizma raste s porastom energetskog procjepa;

kod lavinskog proboja je potrbno vie energije za ionizaciju sudarom, kod Zenerovog je via potencijalna barijera (vedek slika 2.33.);

na slici 2.34.b (vedek) vidimo da kod napona proboja izmeu 5 i 6 V mogu istodobno djelovati oba mehanizma proboja pa je u tom podruju temperaturna ovisnost napona proboja najmanja, ta se pojava upotrebljava za izradu temperaturno stabilnih referentnih dioda.

Statiki i dinamiki otpor

ako osim istosmjernog postoji i izmjenini izvor signala tada kroz diodu protjee struja

.Istosmjerni uvjeti rada

pri istosmjernim uvjetima PN-dioda predstavlja nelinearni otpor iji iznos ovisi o struji i naponu na njemu;

kod nepropusne polarizacije taj statiki otpor je vrlo velik i konst., a kod propusne polarizacije eksponencijalna funkcija napona, istosmjerni otpor opada s porastom napona;

statiki otpor je odreen kotangesom kuta (vedek slika 2.39.):

. Izmjenini uvjeti rada

rad se predstavlja u reimu malog signala,tj. sinusni signali napona i struje znatno su manji od istosmjernog napona i struje;

dinamiki otpor je odreen kotangesom kuta (vedek slika 2.39.):

;

dinamiki otpor je kod nepropusne polarizacije ;

u okolici radne toke za malu promjenu napona trai se odgovarajue mala promjena struje, a omjer tih dviju veliina daje dinamiki otpor;

za velike frekvencije ne mogu se dinamika svojstva predotit dinamikim otporom;

kod nepropusne polarizacije prevladava barijerni kapacitet koji opisuje naboj akumuliran u osiromaenom podruju- difuzijska kapacitivnost:

Nadomjesni sklop u reimu malog signala

na slici 2.40. (vedek) prikazani su difuzijska i barijerna kapacitivnost,

dinamiki otpor , ukupni serijski otpor N- i P-podruja i parazitni kapacitet

kuita diode; difuzijska kapacitivnost i dinamiki otpor su zanemarivi kod nepropusne polarizacije, a barijerni kapacitet kod propusne polarizacije.

Spoj metal-poluvodi

na slici 3.1. (vedek) vidimo da je rad izlaza metala definiran razlikom Fermijeve razine metala i energije slobodnog slobodnog elektrona u vakuumu; u metalu se zbog zrcalnog efekta inducira pozitivni naboj ija sila s vanjskim elektrinim poljem smanjuje rad izlaza- Schottkyjev efekt (dioda sa Schottkyjevom barijerom);

ovisno o tipu poluvodia rad izlaza nije konstantan za isti tip poluvodia ve ovisi o koncentraciji primjesa.

Spoj metal-poluvodi u spoju ravnotee

spajanjem poluvodia N-tipa i metala iji je rad izlaza vei od rada izlaza poluvodia, a ta dva materijala razmjenjuju nosioce naboja sve dok se ne uspostavi ravnotea, odnosno ne izjednae Fermijeve razine u cijeloj novonastaloj strukturi;

prije kontakta je Fermijeva razina u poluvodiu via od Fermijeve razine u metalu;

u stanju ravnotee mora doi do izjednaavanja Fermijevih razina, to znai da se elektrostatski potencijal mora poluvodia treba u odnosu na metal poveati, odnosno sniziti energiju elektrona;

dolazi do iskrivljavanja energetskih pojasa, a od uspostava kontakta pa do izjednaavanja pa do izjednaavanja Fermijeve razine kroz spoj tee difuzijska struja elektrona;

zbog difuzije, nastaje manjak elektrona, odnosno pojavljuje se podruje nekompenziranog pozitivnog naboja iona donora ;

zbog neutralnosti se na povrini metala inducira naboj jednaka iznosa, ali suprotna predznaka;

podruje prostornog naboja se iri na manje vodljivu stranu-poluvodi;

osiromaeno podruje je podruje najveeg otpora;

unutarnje elektrino polje nastalo zbog prostornog naboja u osiromaenom podruju spreava daljnju difuziju elektrona iz poluvodia, pa spoj metal-poluvodi N-tipa postepeno dolazi u stanje termodinamike ravnotee;

potencijalna barijera za elektrone koji se gibaju iz poluvodia u metal, (vedek slika 3.2.) jednaka razlici radova izlaza iz metala i poluvodia ;

dovoenjem na spoj metal-poluvodi vanjskog pozitivnog ili negativnog napona, ta se potencijalna barijera moe sniziti ili povisiti, zbog ega e se proiriti ili suziti osiromaeno podruje;

u ravnotei difuzija elektrona iz poluvodia u metal jednaka je difuziji elektrona iz metala u poluvodi;

difuzija iz metala u poluvodi mogua je samo za elektrone ija je energija via od potencijalne barijere;

barijera gibanja elektrona iz poluvodia u metal moe se mijenjati pomou vanjskog napona, a barijera iz metala u poluvodi ne, govori nam da je struja u jednom smjeru vea nego u drugom;

kod spoja metal-poluvodi P-tipa prema metalu se zbog difuzije gibaju upljine ostavljajui uz spoja na strani poluvodia nekompenzirani negativni naboj iona akceptora ;

na povrini metala stvoreni zrcalni pozitivni naboj, zajedno s negativnim nabojem iona akceptora, stvara unutarnje elektrino polje, odnosno potencijalnu barijeru , koja spreava daljnju difuziju upljina u metal;

ta barijera se moe poveati ili smanjiti dovoenjem vanjskog pozitivnog ili negativnog napona;

iz metala u poluvodi mogua je samo difuzija upljina ija je energija via od potencijalne barijere;

Karakteristike osiromaenog podruja spoja metal-poluvodi u stanju ravnotee

u termodinamikoj ravnotei spoj mora prema van biti neutralan, gustoa pozitivnog naboja iona donora N-strane mora biti jednaka gustoi zrcalnog negativnog uz rub spoja na strani metala;

na slici 3.3. (vedek) imamo idealni poluvodi iji pozitivni naboj potjee od slobodnih upljina i ioniziranih donora, a negativni naboj od elektrona;

za poluvodi N-tipa, upljine su manjinski nosioci pa se mogu zanemariti;

ako je u osiromaenom sloju koncentracija elektrona znatno manja, a izvan njega je jednaka koncentraciji donora, moe se primjeniti princip priblinog osiromaenja koji je ve koriten kod PN-spoja;

izraz za jakost elektrinog polja:

; elektrino polje je najjae na rubu spoja (x=0):

;

kontaktni potencijal u granicama od do je:

.Spoj metal-poluvodi u stanju ravnotee. Propusna polarizacija. Nepropusna polarizacija.

kako je pad napona na sloju prostornog naboja, koji je na povrini metala raspodijeljen priblino po delta funkciji, u ravnotenom stanju praktiki jednak nuli, kontaktni potencijal u cijelosti se javlja na osiromaenom sloju poluvodia;

izvana doveden napon pribraja se ili odizima od kontaktnog potencijala, ime se mijenja samo potencijalna barijera i uvjeti difuzije elektrona iz poluvodia u metal (gustoa struje );

oznaavanje struja:

gustoa struje elektrona koji prelaze iz poluvodia u metal;

gustoa struje elektrona koji prelaze iz metala u poluvodi;

minus predstavlja da je tehniki smjer tih struja suprotan smjeru gibanja elektrona;

kod propusne polarizacije ispravljakog spoja metal-poluvodi N-tipa vanjski napon se dovodi tako da je pozitivan pol na metalu, a negativan na poluvodiu (vedek slika 3.4.);

vanjsko i unutarnje elektrino polje suprotnog su smjera pa se ponitavaju;

energetski pojasi se pomiu za iznos izvana dovedenog napona, a Fermijeva razina nije konstantna (vedek slika 3.5.);

potencijalna barijera se za elektrone koji prelaze difuzijom iz poluvodia u metal smanjila na iznos gdje je U>0;

elektroni iz vanjskog izvora ponitavaju dio pozitivnog naboja iona donora, osiromaeno podruje se suuje i zbog suenja apsolutni iznos gustoa struje elektrona iz poluvodia u metal raste, a struje elektrona iz metala u poluvodi ostaju konstantne, pa vrijedi >=konst., ukupna struja je jednaka nuli i po smjeru jednaka struji ; na slici 3.6. (vedek) je prikazana nepropusna polarizacija spoja N-tipa, a na slici 3.7. (vedek) dijagram energetskih pojasa; vanjsko i unutarnje elektrino polje su istog smjera pa se meusobno potpomau, a energetski pojasi se pomiu za iznos izvana dovedenog potencijala U ;

Fermijeve razine nisu konstantne i potencijaln barijera za elektrone iz poluvodia u metal se poveala za gdje je U1) i u idealnom tranzistoru ne ovisi o ;

omjer izlazne i ulazne struje u spoju ZE mnogo je vei od jedan pa tranzistor u NAP-u ima veliko strujno pojaanje, zbog razlike u ulaznim i izlaznim naponima () u tom podruju rada tranzistor ima i naponsko pojaanje; uz karakteristiku je crtkano prikazana i realna karakteristikan tranzistora i iz nje moemo vidjeti ovisnost struje kolektora i napona kolektor-emiter; u zapornom podruju oba PN-spoja su nepropusno polarizirana, injekcije nema i struja baze je jednaka nuli, pa je struja kolektora jednaka reverznoj struji zasienja kolektorskog spoja, koja iznosi ;

u podruju zasienja oba PN-spoja su propusno polarizirana pa jedan i drugi injektiraju naboj u bazu;

karakteristike prolaze kroz vrijednost pri naponu , pri naponu kolektor emiter koji je jednak nuli struja kolektora je negativna i to negativnija to je struja baze vea;

kod ulazne karakteristike u normalnom aktivnom podruju struja baze pri naponu baza-emiter koji je jednak nuli nije jednaka nuli ve ima malu negativnu vrijednost, ona je pri tom naponu jednaka nuli samo ako je i napon kolektor-emiter jednak nuli (vedek slika 5.25.);

ako se kroz bazu podrava konstantna struja baze, napon baza-emiter je manji pri naponu kolektor-emiter koji je jednak nuli no kod napona kolektor-emiter koji je manji od nule.

Nadomjesni sklopovi tranzistora. h-parametri

tranzistor moe raditi u tri osnovna spoja:ZB, ZE i ZK;

u reimu malih signala postoji linearna ovisnost struja o naponima, a na niskim frekvencijama se mogu zanemariti djelovanja barijernih i difuzijskih kapaciteta spojeva emiter-baza i baza-kolektor;

tranzistor se moe promatrati kao etveropol i njegovo se djelovanje pri niskim frekvencijama moe opisati pomou h-parametara;

do njih se dolazi totalnim diferencijalom, mjerenjem, grafikim putem iz I-U karakteristika tranzistora; nezavisne varijable su ulazna struja i izlazni napon (vedek slika 5.40.):

;

totalni diferencijal ulaznog napona i izlazne struje:

, pri emu su koeficijenti proporcionalnosti izmeu diferencijala struja i napona u

stvari h-parametri definirani u tablici 5.6. (vedek- str.188;);

pomou h-parametara moemo napisati izraze koji povezuju male izmjenine struje i napone i koji su linearno povezani:

; slika 5.41. (vedek) prikazuje linearni nadomjesni sklop tranzistora pri malom signalu i niskim frekvencijama izveden pomou h-parametara;

ta shema vrijedi za sva tri naina spajanja tranzistora, pri emu je indeksu pojedinog parametra potrebno dodati i indeks koji oznaava zajedniku elektrodu: za spoj zajednikog emitera, za spoj zajednike baze, spoj zajednikog kolektora.

Mjerenje h-parametara

h-parametre mogue je odrediti i mjerenjem;

prema uvjetima iz tablice 5.6. (vedek str.188) za izmjenine signale, mjere se uz kratko spojeni izlaz ili uz otvoren ulaz (vedek slika 5.46.).

Tranzistori s efektom polja (FET) otpornici u volumenu ili na povrinskom sloju poluvodia iji otpor odreuje vanjsko elektrino polje; to je aktivna komponenta s tri izvoda, kod koje je struja kroz dva izvoda upravljana naponom treeg izvoda i FET je unipolarna komponenta, to znai da struju ine veinski nosioci naboja;

FET se moe izvesti tako da napon upravljake elektrode mijenjajui irinu osiromaenog podruja nepropusno polariziranog PN-spoja mijenja i irinu provodnog kanala u volumenu poluvodia, upravljaka elektroda je odvojena od volumnog provodnog kanala nepropusno polariziranim PN-spojem;

drugi pristup je da se metalna upravljaka elektroda izolira od vodljivog kanala na povrini poluvodia izolatorom (FET, MISFET); najea izvedba te strukture je izolacija oksidnim slojem odakle naziv MOSFET;

glavna karakteristika FET-ova je velika ulazna impedancija i ti tranzistori rade kao tranzistorske sklopke u digitalnim sklopovima.

Spojni tranzistori s efektom polja-JFET

najee se proizvode kao N-kanalni JFET-ovi; na slici 6.1. (vedek) prikazana je struktura presjeka planarnog N-kanalnog spojnog FET-a i naponi za ispravnu polarizaciju komponente;

na podlozi -tipa stvara se N-sloj, u kojem se zatim difuzijom akceptora () formira -podruje ispod upravljake elektrode G, prodiranjem -podruja u N-sloj, ispod -sloja nastaje tanki kanal N-tipa; -difuzijama na krajevima N-kanala osigurava se omski spoj izmeu poluvodia i metalizacije odvoda D i uvoda S, odvod i uvod su prikljuci kroz koje se uvodi i odvodi struja kroz kanal spojnog FET-a (vedek slika 6.2.).Naelo rada tranzistora s efektom polja

za upravljanje efektivnim presjekom vodljivog kanala koristi se irina naponski promjenjivog osiromaenog podruja;

na slici 6.1. (vedek) struja tee kroz kanal N-tipa koji se nalazi izmeu -podruja i -podloge;

napon nepropusne polarizacije izmeu -podruja i N-kanala uzrokuje prodiranje osiromaenog sloja u N-podruje smanjujui efektivnu visinu kanala; otpor kanala se mijenja zbog promjene njegova efektivnog presjeka;

-podloga se spaja na upravljaku elektrodu G ili na uvod S, napon nepropusne polarizacije uzrokuje da na upravljakoj elektrodi osiromaeni sloj nastaje na obje strane N-kanala i njegova je irina upravljana s obje strane; Ako se -podloga spaja zajedno s uvodom , irina osiromaenog podruja s donje strane kanala ostaje neovisna o naponu upravljake elektrode, pa irina kanala mijenja samo -podruje ispod upravljake elektrode;

kod N-kanalnog FET-a elektroni se pod djelovanjem vanjskog elektrinog polja gibaju slijeva nadesno, rub kanala s kojeg elektroni polaze naziva se uvod S, a rub na koji dolaze odvod D;

-podruje se naziva upravljakom elektrodom G;

-podloga je spojena s uvodom i visina kanala se mijenja samo s gornje strane (ispod upravljake elektrode) i cijela je upravljaka elektroda ekvipotencijalna;

to nije sluaj sa slabo dopiranim N-kanalom, koji predstavlja vei otpor i potencijal nije na svakom mjestu isti, ako kanal zamislimo kao raspodijeljeni otpor gdje tee struja i pad napona se na otporu kanala mijenja od vrijednosti vanjskog napona na mjestu odvoda D (y=L) do nule na mjestu uvoda S (y=0);

za male vrijednosti struja ta promjena je du kanala linearna, a ako su odvod D i uvod S izvedeni kao relativna velika -podruja s malim unutarnjim otporom, tada se padovi napona izmeu metalizacije uvoda S i kanala i metalizacije odvoda D i kanala mogu zanemariti (vedek slika 6.3.);

ako su G i S kratko spojeni i , ali vrlo mali, kroz kanal tee vrlo mala struja, pa je potencijal priblino konstantan du cijelog kanala i osiromaeni sloj je vrlo uzak i konstantan du cijelog kanala-linearno podruje FET-a (vedek slika 6.4.a) i s naponom raste linearno i struja ;

poveanjem te struje pad napona u kanalu nije konstantan ve raste prema odvodu D;

napon je napon nepropusne polarizacije u svakoj toci spoja upravljaka elektroda-kanal jednak naponu u kanalu, debljina osiromaenog sloja proporcionalna je naponu kanala (vedek slika 6.4.b), a napon nepropusne polarizacije je visok u blizini odvoda () i smanjuje se na nulu na strani uvoda i rezultat je deblji osiromaeni sloj na mjestu odvoda;

osiromaeni sloj tu dublje prodire u kanal i kanal se smnjuje i zbog toga raste otpor kanala, pa I-U karakteristika odstupa od pravolinijske kod malih struja ;

poveanjem i osiromaeni sloj uz odvod je jo deblji, smanjujui visinu kanala i poveavajui njegov otpor;

pri dovoljno visokom naponu (napon dodira) rub osiromaenog sloja kraj odvoda D dodirne podlogu i prekine kanal (vedek slika 6.4.c);

nakon toga struja s daljnjim porastom ne moe bitno rasti-zasienje, ali ta se struja ne prekida;

elektroni injektirani u osiromaeno podruje, koje je prekinulo kanal, se kroz njega prebacuju elektrinim poljem i teku prema odvodu, a struja koja doe u zasienje, dinamiki otpor kanala postaje vrlo visok;

ako na upravljaku elektrodu dovedemo napon , osiromaeni sloj se iri i poveava otpor kanala, pa do ulaska u podruje zasienja dolazi pri niim strujama (vedek slika 6.5.a), a za napone I-U krivulje su to poloenije to je napon negativniji; slika 6.5.b. (vedek) pokazuje porodicu izlaznih I-U karakteristika dobivenih za razne vrijednosti ;

u podruju zasienja napon upravlja strujom , mala promjena tog napona izaziva veliku promjenu struje i na taj nain se pojaava mali izmjenuni signal;

ulazni upravljaki napon se pojavljuje na nepropusno polariziranom PN-spoju, ulazna impedancija te elektronike komponente je vrlo visoka.

Izlazna i prijenosna karakteristika N-kanalnog FET-a

u izlaznim karakteristikama idealnog tranzistora struja u zasienju ne ovisi o ;

u realnim tranzistorima duljina kanala se skrauje i otpor se smanjuje, a poveanjem napona struja odvoda se ipak malo povea-modulacija duljine kanala (vedek slika 6.9.);

slika 6.10. prikazuje prijenosnu karakteristiku N-kanalnog spojnog FET-a, on radi u osiromaenom modu, pa kroz njega struja tee i uz , a poveanjem tog napona struja se smanjuje i pri naponu postaje jednaka nuli;

za pozitivne iznose napona -spoj postaje propusno polariziran pa -sloj injektira manjinske nosioce u kanal i tranzistor vie ne radi kao FET.Dinamika svojstva spojnog unipolarnog tranzistora

karakteristike spojnog FET-a se mogu linearizirati za male signale, a spojni FET prikazati ekvivalentnim sklopom za niske i visoke frekvencije;

osnovni parametri JFET-a na niskim frekvencijama dobivaju se iz totalnog diferencijala struje odvoda :

,

gdje je :

prijenosna vodljivost, a

izlazna dinamika provodnost.

osnovna relacija za rad spojnog FET-a kod malog izmjeninog signala;

i pomou njega moemo nacrtati nadomjesni sklop za mali signal (vedek slika

6.11.), a kako ulazni krug spojnog FET-a predstavlja reverzno polarizirani PN-

spoj, ulazna provodnost se moe zanemariti;

ako spojni FET koristimo kao pojaalo malog signala, esto se definira i faktor naponskog pojaanja :

;

na visokim frekvencijama treba uzeti u obzir i parazitne kapacitete spojnog FET-a;

upravljaka elektroda G nepropusno je polariziran -spoj koji se moe prikazati barijernim kapacitetom izmeu upravljake elektrode G i kanala, kako je vodljivi kanal vezan jednim krajem na odvod D, a drugim na uvod S, taj se raspodijeljeni kapacitet moe prikazati kao dva diskretna barijerna kapaciteta i ;

izmeu uvoda i odvoda esto se dodaje kapacitet (vedek slika 6.12.)._1197641857.unknown

_1197813537.unknown

_1197960559.unknown

_1197966615.unknown

_1197969153.unknown

_1197975574.unknown

_1197981646.unknown

_1197982677.unknown

_1197983478.unknown

_1197984022.unknown

_1197984286.unknown

_1197984589.unknown

_1197985005.unknown

_1197985066.unknown

_1197984989.unknown

_1197984455.unknown

_1197984115.unknown

_1197983777.unknown

_1197983839.unknown

_1197982799.unknown

_1197983365.unknown

_1197983436.unknown

_1197982769.unknown

_1197982521.unknown

_1197982628.unknown

_1197982142.unknown

_1197979082.unknown

_1197981153.unknown

_1197981457.unknown

_1197979118.unknown

_1197980848.unknown

_1197977848.unknown

_1197978328.unknown

_1197977409.unknown

_1197977519.unknown

_1197973326.unknown

_1197975501.unknown

_1197975536.unknown

_1197974225.unknown

_1197969577.unknown

_1197973073.unknown

_1197969551.unknown

_1197967435.unknown

_1197967737.unknown

_1197967954.unknown

_1197968204.unknown

_1197967810.unknown

_1197967584.unknown

_1197967605.unknown

_1197967475.unknown

_1197967042.unknown

_1197967077.unknown

_1197967386.unknown

_1197967062.unknown

_1197966877.unknown

_1197967001.unknown

_1197966631.unknown

_1197964242.unknown

_1197965815.unknown

_1197966352.unknown

_1197966424.unknown

_1197966492.unknown

_1197966395.unknown

_1197965966.unknown

_1197966018.unknown

_1197965893.unknown

_1197964474.unknown

_1197965280.unknown

_1197965644.unknown

_1197964603.unknown

_1197964379.unknown

_1197961523.unknown

_1197962615.unknown

_1197963922.unknown

_1197964123.unknown

_1197962649.unknown

_1197962212.unknown

_1197962387.unknown

_1197961545.unknown

_1197960974.unknown

_1197961294.unknown

_1197961479.unknown

_1197961049.unknown

_1197960713.unknown

_1197960943.unknown

_1197960609.unknown

_1197898627.unknown

_1197901306.unknown

_1197958642.unknown

_1197959303.unknown

_1197960454.unknown

_1197960478.unknown

_1197959419.unknown

_1197958987.unknown

_1197959270.unknown

_1197958748.unknown

_1197902202.unknown

_1197958429.unknown

_1197958467.unknown

_1197902631.unknown

_1197901790.unknown

_1197902139.unknown

_1197901723.unknown

_1197899948.unknown

_1197900225.unknown

_1197900975.unknown

_1197901005.unknown

_1197900354.unknown

_1197899994.unknown

_1197900003.unknown

_1197899983.unknown

_1197899886.unknown

_1197899908.unknown

_1197899855.unknown

_1197899871.unknown

_1197899821.unknown

_1197874295.unknown

_1197893809.unknown

_1197897460.unknown

_1197898537.unknown

_1197898582.unknown

_1197897608.unknown

_1197894050.unknown

_1197895324.unknown

_1197893875.unknown

_1197875324.unknown

_1197890723.unknown

_1197891875.unknown

_1197875367.unknown

_1197874578.unknown

_1197874599.unknown

_1197874413.unknown

_1197874484.unknown

_1197819195.unknown

_1197872524.unknown

_1197872690.unknown

_1197874080.unknown

_1197872584.unknown

_1197819304.unknown

_1197819412.unknown

_1197819282.unknown

_1197817690.unknown

_1197817938.unknown

_1197819086.unknown

_1197817828.unknown

_1197814326.unknown

_1197816497.unknown

_1197813589.unknown

_1197730995.unknown

_1197734299.unknown

_1197812397.unknown

_1197813401.unknown

_1197813453.unknown

_1197813465.unknown

_1197813429.unknown

_1197812928.unknown

_1197813006.unknown

_1197812844.unknown

_1197734720.unknown

_1197809709.unknown

_1197812061.unknown

_1197735382.unknown

_1197734496.unknown

_1197734655.unknown

_1197734465.unknown

_1197732928.unknown

_1197733119.unknown

_1197733192.unknown

_1197734044.unknown

_1197733147.unknown

_1197733060.unknown

_1197731668.unknown

_1197731782.unknown

_1197731850.unknown

_1197731745.unknown

_1197731393.unknown

_1197731643.unknown

_1197731316.unknown

_1197723708.unknown

_1197728315.unknown

_1197728959.unknown

_1197730049.unknown

_1197730302.unknown

_1197729448.unknown

_1197728470.unknown

_1197728905.unknown

_1197728439.unknown

_1197726413.unknown

_1197726701.unknown

_1197727117.unknown

_1197726429.unknown

_1197724286.unknown

_1197724383.unknown

_1197724225.unknown

_1197699373.unknown

_1197722164.unknown

_1197723285.unknown

_1197723292.unknown

_1197722297.unknown

_1197699759.unknown

_1197700775.unknown

_1197699582.unknown

_1197698703.unknown

_1197699287.unknown

_1197699315.unknown

_1197699107.unknown

_1197642086.unknown

_1197698692.unknown

_1197641967.unknown

_1197537366.unknown

_1197562587.unknown

_1197630042.unknown

_1197636835.unknown

_1197639767.unknown

_1197641813.unknown

_1197641830.unknown

_1197641150.unknown

_1197639448.unknown

_1197639742.unknown

_1197639132.unknown

_1197633672.unknown

_1197633997.unknown

_1197634108.unknown

_1197633790.unknown

_1197631783.unknown

_1197633508.unknown

_1197630625.unknown

_1197626924.unknown

_1197628361.unknown

_1197629132.unknown

_1197629584.unknown

_1197628435.unknown

_1197627651.unknown

_1197627921.unknown

_1197627139.unknown

_1197563138.unknown

_1197563588.unknown

_1197626264.unknown

_1197563430.unknown

_1197562873.unknown

_1197562981.unknown

_1197562605.unknown

_1197548664.unknown

_1197548916.unknown

_1197550056.unknown

_1197550342.unknown

_1197550464.unknown

_1197550258.unknown

_1197549791.unknown

_1197549834.unknown

_1197549604.unknown

_1197548745.unknown

_1197548853.unknown

_1197548867.unknown

_1197548793.unknown

_1197548717.unknown

_1197548727.unknown

_1197548676.unknown

_1197539054.unknown

_1197547519.unknown

_1197547625.unknown

_1197548519.unknown

_1197548556.unknown

_1197548026.unknown

_1197547570.unknown

_1197547267.unknown

_1197547442.unknown

_1197539543.unknown

_1197538135.unknown

_1197538543.unknown

_1197538733.unknown

_1197538211.unknown

_1197537682.unknown

_1197537945.unknown

_1197537460.unknown

_1197532186.unknown

_1197534989.unknown

_1197535905.unknown

_1197536582.unknown

_1197537024.unknown

_1197537353.unknown

_1197536906.unknown

_1197536286.unknown

_1197536481.unknown

_1197536003.unknown

_1197535621.unknown

_1197535778.unknown

_1197535895.unknown

_1197535642.unknown

_1197535299.unknown

_1197535573.unknown

_1197535222.unknown

_1197533960.unknown

_1197534574.unknown

_1197534775.unknown

_1197534948.unknown

_1197534620.unknown

_1197534445.unknown

_1197534472.unknown

_1197534076.unknown

_1197533286.unknown

_1197533565.unknown

_1197533926.unknown

_1197533461.unknown

_1197532983.unknown

_1197533109.unknown

_1197532204.unknown

_1197473997.unknown

_1197530783.unknown

_1197531818.unknown

_1197531991.unknown

_1197532149.unknown

_1197531928.unknown

_1197530927.unknown

_1197531808.unknown

_1197530878.unknown

_1197527074.unknown

_1197530637.unknown

_1197527114.unknown

_1197530309.unknown

_1197526980.unknown

_1197527019.unknown

_1197474540.unknown

_1197471179.unknown

_1197473631.unknown

_1197473645.unknown

_1197473658.unknown

_1197473640.unknown

_1197473243.unknown

_1197473411.unknown

_1197473495.unknown

_1197473258.unknown

_1197473234.unknown

_1197469931.unknown

_1197470995.unknown

_1197471164.unknown

_1197469995.unknown

_1197467363.unknown

_1197467764.unknown

_1197469460.unknown

_1197467726.unknown

_1197465457.unknown