מגעי מתכת - מוליך למחצה
Download
1 / 20

e - - PowerPoint PPT Presentation


  • 157 Views
  • Uploaded on

מגעי מתכת - מוליך למחצה פונקציית עבודה : כמות האנרגיה שיש להשקיע בכדי לפלוט לרמת ואקום אלקטרון הנמצא ברמת פרמי (בשימוש בד"כ עבור מוליכים) E W - אפיניות : כמות האנרגיה שיש להשקיע באלקטרון הנמצא בתחתית פס ההולכה על מנת להביאו לרמת ואקום (במוליכים למחצה) - מגע שוטקי

loader
I am the owner, or an agent authorized to act on behalf of the owner, of the copyrighted work described.
capcha
Download Presentation

PowerPoint Slideshow about ' e -' - ocean-lambert


An Image/Link below is provided (as is) to download presentation

Download Policy: Content on the Website is provided to you AS IS for your information and personal use and may not be sold / licensed / shared on other websites without getting consent from its author.While downloading, if for some reason you are not able to download a presentation, the publisher may have deleted the file from their server.


- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - E N D - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - -
Presentation Transcript

מגעי מתכת - מוליך למחצה

פונקציית עבודה:

כמות האנרגיה שיש להשקיע בכדי לפלוט לרמת ואקום אלקטרון הנמצא ברמת פרמי (בשימוש בד"כ עבור מוליכים)EW -

אפיניות:

כמות האנרגיה שיש להשקיע באלקטרון הנמצא בתחתית פס ההולכה על מנת להביאו לרמת ואקום (במוליכים למחצה) -

מגע שוטקי

עם מתכת בעלת פונקצית עבודה גדולה מזו של המל"מNמגע מוליך למחצה מסוג

בשו"מ שתי רמות הפרמי חייבות להתלכד. דבר זה מתבצע ע"י מעבר אלקטרונים מן הצד בו פונקצית העבודה נמוכה יותר

אל (בדוגמא שלפנינו המל"מ) הצד בו פונקציית העבודה גבוהה יותר (בדוגמא המובאת: המתכת). ע"י כך נוצר אזור מחסור בעל אטומים מיוננים באזור המגע, בצד המל"מ. ההפרש בין רמת ההולכה לרמת פרמי גדל באזור המחסור, דהיינו הפסים "מתכופפים" באזור המגע. נוצר פוטנציאל המונע את המשך מעבר נושאי הרוב (האלקטרונים במקרה שלפנינו) והשווה להפרש בין פונקציות העבודה, מחולק במטען האלקטרון.

e-

Adir Bar-Lev, “Semiconductors and Electronic Devices”, 2nd edition,1984


בתנאים אלו הפעלת ממתח אחורי (בדוגמא המוצגת: חיבור מתח שלילי למתכת) מעלה את גובה המחסום עליו צריך אלקטרון ברמת ההולכה במל"מ להתגבר על מנת לעבור למתכת ומעלה את רוחב אזור המחסור. בדומה, הפעלת מתח שלילי למל"מ N מקטינה את כיפוף הפסים.

התוצאה: התנהגות דמויית דיודה [ מגע שוטקי (Schotkey Barrier), מגע מיישר (Rectifying contact) ]

אותה התנהגות מתקבלת במגע של מל"מ מסוג P עם מתכת ובלבד שפונקצית העבודה של המתכת קטנה מזו של המל"מ.

מעשית: השפעת פונקצית העבודה של המתכת קטנה יותר בגלל קיומם של מצבי

שטח על פני המל"מ הגורמים לכיפוף הפסים במל"מ גם ללא מגע מתכתי.

N

N

מתכת

-

+

מתכת

-

+

Adir Bar-Lev, “Semiconductors and Electronic Devices”, 2nd edition,1984


מגע אוהמי (בדוגמא המוצגת: חיבור מתח שלילי למתכת) מעלה את גובה המחסום עליו צריך אלקטרון ברמת ההולכה במל"מ להתגבר על מנת לעבור למתכת ומעלה את רוחב אזור המחסור

מגע מל"מ - מתכת בעל התכונות הבאות:

1 . אינו מזריק נושאי מיעוט לתוך המל"מ

2 . בעל התנגדות שווה (רצוי נמוכה) בשני כיווני הזרימה

שתי גישות לקבלת מגע אוהמי:

א. בחירת מתכת בעלת פונקצית עבודה גבוהה מזו של המל"מ עבור מגע עם מל"מ סוג P,

או פונקצית עבודה נמוכה יותר מזו של המל"מ עבור מל"מ סוג N.

בדוגמא, מתקיים מעבר של "חורים" מן המתכת אל המל"מ.(אלקטרוני ערכיות נעים מהמל"מ למתכת)

כתוצאה מכך מתקרבת רמת פרמי לרמת הערכיות, ואין שום התנגדות למעבר בשני הכיוונים

הבעיה: מצבי שטח קיבוע רמת פרמי

h+

Adir Bar-Lev, “Semiconductors and Electronic Devices”, 2nd edition,1984


ב. (בדוגמא המוצגת: חיבור מתח שלילי למתכת) מעלה את גובה המחסום עליו צריך אלקטרון ברמת ההולכה במל"מ להתגבר על מנת לעבור למתכת ומעלה את רוחב אזור המחסורמגע דרך שכבת ביניים מנוונת מאותו סוג של המל"מ:

במקרה כזה שכבת המיחסור כה צרה עד שנושאי מטען יכולים לעבור בדרך של מינהור (tunneling)

מבעד למחסום השוטקי, בשני הכיוונים.

אלומיניום סמם מטיפוס P , לכן דיפוזייה שלו יוצרת + P

א.בר-לב, ג. גולן, "מוליכים למחצה", הוצאת האוניברסיטה הפתוחה, 1996


קבל (בדוגמא המוצגת: חיבור מתח שלילי למתכת) מעלה את גובה המחסום עליו צריך אלקטרון ברמת ההולכה במל"מ להתגבר על מנת לעבור למתכת ומעלה את רוחב אזור המחסור MOS

.MOSFET הקבל יכול להמצא בפני עצמו או כחלק מהתקן מורכב יותר, כגון טרנסיסטור .קבל במבנה מתכת - תחמוצת - מל"מ

הסבר לקבל על בסיס מל"מ P:

בגלל ההפרש בין פונקציות העבודה בין המתכת והמל"מ נעים אלקטרונים מן המתכת לכיוון המל"מ, אך נעצרים בגבול עם התחמוצת. במקביל נעים חורים מן המל"מ לכיוון התחמוצת. המטען מצטבר על פני מגעי התחמוצת ויוצר מתח השווה להפרש בין שתי פונקציות העבודה :

כתוצאה נוצר כיפוף בפסים, שגודלו קטן מההפרש בין פונקציות העבודה, דהיינו חלק מההפרש נופל על התחמוצת (יש לזכור כי בנוסף קיים מטען חיובי על פני התחמוצת כתוצאה מאורביטלים בלתי מזווגים) . המשמעות היא יצירת אזור מחסור בסיליקון, מאחורי פני המגע עם התחמוצת. אזור זה טעון שלילית בגלל יוני הסממים.

e-

מטען חיובי

[אזור מחסור חלקי]

שליליQB=

מטען שלילי

Adir Bar-Lev, “Semiconductors and Electronic Devices”, 2nd edition,1984


השפעת ממתח חשמלי על הקיבול ועל פסי האנרגיה (עבור קבל עם מל"מ P)

ממתח קדמי

ממתח שלילי למתכת (חיובי למל"מP ) מקטין את כיפוף הפסים. שכבת המיחסור קטנה, הקיבול עולה.

מתח יישור הפס (Flat Band Potential) ,

התלוי בסוג המתכת ובכיוון הגבישי של הסיליקון ניתן ע"י:

כאשר:Qox המטען החיובי ליחידת שטח בפן הביניים שבתחמוצת ,COX קיבוליות התחמוצת ליחידת שטח, הניתן ע"י

(toxעובי התחמוצת, ox המקדם הדיאלקטרי היחסי של התחמוצת 3.85),

ההפרש בין פונקציות העבודה ( )

מתן ממתח שלילי חזק יותר מ VFB למתכת יגרור הצטברות נושאי רוב (חורים) על משטח הסיליקון, המסוגלים להגיב במהירות לתנודות באות חילופין (הקיבול הנמדד בגרף C-V יהיה מכסימלי ושווה (ליחידת שטח) ל COX ). (Accumulation)

שלילי

חיובי

חיובי


+ פסי האנרגיה (עבור קבל עם מל"מ

אלקטרונים חופשיים

חורים

+

יונים חיוביים

אלקטרונים

+

יונים שליליים

-

+

-

חיובי למתכת

שלילי למתכת

Adir Bar-Lev, “Semiconductors and Electronic Devices”, 2nd edition,1984


ממתח אחורי פסי האנרגיה (עבור קבל עם מל"מ

ממתח חיובי למתכת יגדיל את כיפוף הפסים עד לקבלת מצב היפוך (Inversion) (בסיליקון) בו נוצר אזור N מתחת לשער , דהיינו קיום של אלקטרונים חופשיים. רוחב שכבת המחסור נשאר קבוע החל ממתח הסף להיפוך ושווה ל - wM.

במדידות V-C נקבל משלב זה קיבול קבוע ונמוך (Cmin) המשקף את העובדה שהעקיבה אחרי אות המדידה המתנדנד נעשית ע"י החורים בקצה המרוחק של שכבת המחסור.

[עבור קבל בעל מצע PQBהוא שלילי ושווה ל:


הטרנזיסטורים החד-פולאריים (טרנסיסטורי אפקט שדהF.E.T - )

מאפיין:

א. בעלי שער צומת (JFET)

ב. בעלי שער מבודד (IGFET) בד"כ מטיפוס MOS

טרנזיסטור שער צומת (JFET)

Adir Bar-Lev, “Semiconductors and Electronic Devices”, 2nd edition,1984


העקרון: (טרנסיסטורי אפקט שדה

גודל הזרם החשמלי הזורם בין המקור(Source) לשפך (Drain) נשלט ע"י הממתח ההפוך בין השער (Gate) למקור.

שליטה זו מושגת ע"י כיוונון אזור המחסור בתעלה באמצעות שנוי המתח בין השער למקור.

נושאי הזרם הנם נושאי הרוב במקור ובשפך.

שימושים:

דרגת כניסה למגברים

חיובי

שלילי

שלילי

P

VGSככל ש -

IDSגדל, הזרם

קטן בגלל הקטנת שטח החתך לזרימה

e

N

N

מעבר לנקודת הצביטה זרם קבוע שינו תלוי VDSב -

Adir Bar-Lev, “Semiconductors and Electronic Devices”, 2nd edition,1984


טרנזיסטור אפקט שדה בעל שער מבודד (טרנסיסטורי אפקט שדה(MOSFET)

טרנזיסטור MOS דומה ל JFET - פרט לעובדה שהשליטה על מוליכות התעלה נקבעת ע"י קבל השולט על מספר נושאי המטען בתעלה.

ההסברים שלהלן הם עבור טרנזיסטור MOS בעל תעלה מסוג Nומטיפוס חיזוק ההולכה.

עבור טרנזיסטור בעל תעלת P יש להפוך קוטביות.

מבנה:

אזור +Nמיוצר בדיפוזית סממי זרחן לתוך מצע סיליקון מסוג P, דרך מסכת תחמוצת סיליקון (אזורי מקור ושפך).

מעל לתעלה: שכבה דקה (0.1 מיקרון) של תחמוצת סיליקון, ומעליה שכבת אלומיניום (או פולי סיליקון).

הפעלת מתח חיובי חזק בצד המתכת בשער גורמת לקבל הMOS - להיות במצב היפוך, דהיינו לקיום שכבה של אלקטרונים בצמוד למגע בין התחמוצת לסיליקון באזור התעלה.במצב זה קיימת אפשרות להולכה בין המקור והשפך.

ככל שקטן הפרש המתח בין השפך והשער כך קטן יורדת צפיפות האלקטרונים בתעלה עד להפסקת הזרם כאשר ההפרש קטן ממתח הסף להיפוך.

D

S

מקור

שער

שפך

Adir Bar-Lev, “Semiconductors and Electronic Devices”, 2nd edition,1984


מתח חיובי גבוה בשפך (טרנסיסטורי אפקט שדה

(drain)

J.J. Sparks, Semiconductor Devices, VNR Ltd., London, 1987


p – channel (טרנסיסטורי אפקט שדה

Input < 0

מאפשר זרימה

V+מ -

  • שער NOR:

  • אם 1 או 2 או שניהם גבוהים:

  • יציאה ל – Gnd דרך ה - NMOS

  • רק אם שניהם נמוכים:

  • יציאה מ V+ דרך שני PMOS

n – channel

Input > 0

מאפשר זרימה

(e-)

אל Gnd


(N) (טרנסיסטורי אפקט שדה

(p)

S. Middleman and A.K. Hochberg “Process Engineering Analysis in Semiconductor Device Fabrication” Mc-Graw Hill, 1993.


הטרנזיסטור הבי-פולארי (טרנסיסטורי אפקט שדה

עקרון הפעולה (טרנזיסטור PNP) :

כאשר המתח על הקולט (collector) שלילי ביחס למתח על הבסיס (base) ועל הפולט (emitter) וכאשר הבסיס שלילי ביחס לפולט אזי:

1. צומת בסיס - פולט (XE ) בממתח קדמי, עבור ריכוז מסממים גבוה בפולט לעומת הבסיס נקבל זרם חורים מהפולט לבסיס.

2. צומת קולט - בסיס (XC) בממתח אחורי, לכאורה רק זרם זליגה ע"י נושאי המיעוט.

מכיוון שרוחב הבסיס קטן ממרחק הדיפוזיה של החורים המגיעים מהצומת XEיגיעו החורים אל גבול אזור המחסור ויסחפו לתוך הקולט. כתוצאה מזה יגדל זרם הקולט ICלערך הקרוב ל IE.

זרם הבסיס IBהנו ההפרש בין זרם הפולט IE וזרם הקולט IC ושווה

לזרם הרקומבינציה בין האלקטרונים ובין החורים המוזרקים מהפולט,

ומההזרקה החלשה של אלקטרונים בצומת הפולט XE.

זרם זה הוא כ-0.01IE.

מכיוון ש RL > RE ומכיוון ש- הרי שההספק

המתפתח על מעגל E מוגבר בקרוב עפ"י היחס בין ההתנגדויות.

XE

XC

בסיס

פולט

קולט

קדמי

אחורי

Adir Bar-Lev, “Semiconductors and Electronic Devices”, 2nd edition,1984


Adir Bar-Lev, “Semiconductors and Electronic Devices”, 2 (טרנסיסטורי אפקט שדהnd edition,1984

"קצר"

מיתוג(לדוגמא פולט משותף, טרנזיסטור PNP):

ע"י שינויים בזרם החלש IBניתן להפוך את המעגל

PNP –RL - VCCלמקוצר (התנגדות 0 על פני

הטרנזיסטור בין פולט לקולט) או למנותק (זרם 0 במעגל).

באופן דומה יכול הטרנזיסטור להתנהג כמגבר מתח,

מגבר זרם, מגבר הספק, או מתג בהתאם לצורת

ההתחברות אליו ובהתאם למתחים המופעלים עליו.

"נתק"

S. Middleman and A.K. Hochberg “Process Engineering Analysis in Semiconductor Device Fabrication” Mc-Graw Hill, 1993.


רכיבים פאסיביים (טרנסיסטורי אפקט שדה

נגדים

קבלים

J.J. Sparks, Semiconductor Devices, VNR Ltd., London, 1987


  • הערות (טרנסיסטורי אפקט שדה

  • שקף 4- מגע דרך שכבת ביניים: דוגמאות אלומיניום N+ עם סיליקון

  • דוגמא נוספת : אולומיניום הום סמם מטיפוס P , לכן דיפוזייה שלו לתוך P תיצור P+


ad