Полевой эффект и его применение (стр. 1 из 19)

В настоящее время большое внимание уделяется изучению эффекта поля. На основе эффекта поля создан целый класс полупроводниковых приборов, таких как полевые транзисторы, репрограмируемые элементы памяти с плавающим затвором, приборы с зарядовой связью (ПЗС) и т. п.

В 1958-1959 годах появились первые интегральные микросхемы на кремнии, что означало появление нового научного направления полупроводниковой электроники – микроэлектроники. При этом удалось существенно уменьшить стоимость и повысить надежность устройств электронной техники, значительно уменьшить их массу и габариты путем формирования всех пассивных и активных элементов интегральных микросхем в едином технологическом процессе, также в результате конструктивной интеграции.

Первое практическое применение, полевого эффекта было осуществлено в 1960 г. Несколькими десятилетиями раньше уже были заложены основы работы полевых транзисторов, но для их окончательной разработки потребовались многолетние исследования. В 1970 г были созданы первые приборы с зарядовой связью. В 1975 г ПЗС начали активно внедряться в качестве телевизионных светоприёмников. [7,13]

Конструктивное интегрирование функций фоточувствительных и сканирующих элементов в одном приборе позволяет считать ПЗС наиболее перспективными для создания полностью твердотельной ФСИ.

Полупроводниковые приборы принцип действия, которых основан на эффекте поля, имеют множество достоинств, таких как надежность, достаточно малые геометрические размеры, низкий уровень шумов, быстродействие и т.п. Дальнейшее совершенствование приборов привело к ряду проблем, решение которых является главной задачей полупроводниковой электроники. Среди проблем наиболее значимыми являются, например, ограничение рабочих частот, ограничение быстродействия и т.д.[7]

Целью курсовой работы:

- Изучение принципа действия полевых приборов и исследование их характеристик.

Задачи курсовой работы:

- Изучение эффекта поля в полупроводниках.

- Изучение принципа работы полупроводниковых полевых транзисторов.

Экспериментально исследовать:

· Исследование статические характеристики полевых транзисторов.

· Исследовать зависимость статических характеристик полевых транзисторов от температуры.

В данной работе в первой главе рассматривается частотная зависимость полевого эффекта и наиболее актуальные на сегодняшний день вопросы о применении этого явления в оптоэлектронике. Во второй главе рассматриваются физические основы полевого эффекта. В третьей главе ― применение изучаемого явления на примере принципа действия полевых транзисторов и приборов с зарядовой связью. В четвёртой главе рассматриваются основные характеристики полевых транзисторов. Пятая Глава раскрывает физические основы работы и конструкции приборов с зарядовой связью. Шестая глава посвящена экспериментальному изучению основных параметров полевого транзистора, а также изучение частотной зависимости параметров полевого транзистора КП303Г.

Глава 1 Обзор литературы

1.1 Эффект поля в германии при высоких частотах

Изменение проводимости приповерхностного слоя полупроводника, вызываемое электрическим полем, перпендикулярным этой поверхности, обычно называют эффектом поля. Исследование эффекта поля в германии при высоких частотах приводит к некоторым трудностям, так как возникают большие токи смещения, идущие к поверхностной области. [8]

Эффективная подвижность носителей тока, индуцированных у поверхности полупроводника при приложении поля, часто гораздо меньше подвижности носителей в объеме образца; причина заключается в том, что часть носителей связана на поверхностных уровнях. При достаточно высоких частотах поверхностные уровни не смогут успевать обмениваться с зоной проводимости или валентной зоной и эффективная подвижность в таком случае будет равна объемной подвижности основных носителей.

Рисунок 1. Схема установки для эффекта поля.

Данное исследование проводилось на экспериментальной установке показанной на рисунке 1.

Образец представлял собой прямоугольный параллелепипед размерами

, вырезанный из монокристалла германия; к концам образца были припаяны контакты. Поверхность образца подвергалась различным видам обработки.

Образец германия являлся одной из пластин конденсатора, а диэлектриком служила пластина из монокристалла титаната стронция, при этом емкость системы составляла ~ 30 пФ. Конденсатору было приложено переменное напряжение в 10В, создающее максимальное поле порядка 4 10⁴ В /см. Между концами образца германия было приложено меньшее напряжение той же частоты и фазы. В результате модуляции этого напряжения при изменениях проводимости, вызываемых эффектом поля, в цепи гальванометра индуцируется постоянный ток, который, пропорционален эффекту поля.

Эффект поля можно охарактеризовать эффективной подвижностью носителей тока

(1)

где

₁- проводимость образца на единицу поверхности, а

- полный заряд, индуцированный полем на единице поверхности. Полная проводимость равна

₁

где W- ширина, а L- длина образца, тогда

_В

здесь С-полная емкость между пластиной и образцом,

_В-напряжение приложенное к емкости. Отсюда следует

_эф²

_В(2)

Приложенные напряжения, показанные на рисунке 1, синусоидальны со среднеквадратичными значениями V_Aи V_B и могут быть записаны в виде

(5а)

(5б)