KURZUS: Mérnöki fizika

MODUL: Az anyag mikroszkopikus szerkezete

25. lecke: A félvezető eszközök működése és gyártása

A félvezető eszközök működése és gyártása

A jegyzet feldolgozandó fejezetei:

  • A félvezető dióda (és alfejezetei)
  • A tranzisztor (és alfejezetei)
  • A félvezető eszközök gyártásáról (és alfejezetei)

Tanulási célok:

A lecke anyagának feldolgozása után Ön képes lesz:

  • A félvezető dióda sávszerkezeti ábrája alapján értelmezni, miért képes az egyenirányításra.
  • Felírni, értelmezni és grafikonon ábrázolni az ideális félvezető dióda áramerősség-feszültség karakterisztikáját.
  • Számolási feladatokat megoldani az ideális félvezető dióda áramerősség-feszültség karakterisztikájával kapcsolatban.
  • Vázlatosan elmondani, milyen tartományokban és miért tér el a valódi diódák karakterisztikája az ideálistól.
  • Meghatározni a Zener-dióda fogalmát és az alagúteffektus ill. a lavina-hatás segítségével értelmezni a karakterisztika letörését.
  • Elmondani a fénykibocsátó diódák működésének alapjait.
  • A félvezető dióda és a Zener-dióda egy-egy egyszerű alkalmazását elmondani.
  • A bipoláris tranzisztor elvi szerkezeti vázlatát felrajzolni.
  • Kifejteni, miért lehet kis bázisárammal a sokkal nagyobb kollektoráramot vezérelni.
  • Értelmezni a kis- és nagyjelű áramerősítési tényező fogalmát.
  • Felrajzolni egy egyszerű tranzisztoros erősítő kapcsolást.
  • A térvezérlésű tranzisztorok működési elvét elmagyarázni és összehasonlítani a bipoláris tranzisztorral.
  • Elmagyarázni, miért rendkívül fontos lépés a nagymértékű tisztítás a félvezetőgyártás során.
  • Vázolni az olvadékból való kristályosítás és a zónás olvasztás folyamatát.
  • Elmondani, hogyan adalékolják a tiszta félvezető alapanyagot.
  • A bipoláris tranzisztorok egy valódi szerkezeti vázlatát felrajzolni, jellemezni az emittert, bázist és kollektort adalékolás és geometriai adatok szerint.
  • Vázlatosan elmondani a fotolitográfiai eljárás főbb lépéseit.

Támpontok a tanuláshoz

A lecke megértésének kulcsa az előző leckében a p-n átmenetről megtanult ismeretanyag. Ezért ha kell, ismételje át azt.

Az elméleti részeken kívül az ideális dióda karakterisztikájával kapcsolatos néhány számolási példa is a követelményekhez tartozik, ezért ezek önálló végigszámolása is fontos követelmény.

Ellenőrző kérdések
1. Milyen nagyságrendű egy tipikus félvezető diódán eső feszültség, ha az nyitva van?
0,2—0,7 V.
1--10 nV.
1--10 nA.
Ez a Zener-feszültségtől függ, tipikus érték nem mondható.
2. Mi a tipikus alkalmazási területe a Zener-diódáknak?
Egyenirányítás.
Kis jelek erősítése.
Feszültségstabilizálás.
Logikai áramkörökben műveletvégzés.
3. Egy ideálisnak tekinthető félvezető dióda emissziós együtthatója 2, záróárama 10 nA. Mekkora erősségű áram folyik át rajta, ha a hőmérséklet 300 K, a nyitófeszültség 0,6 V?
1,1 nA
1,1 mA
10 nA
600 nA
4. Az előző feladatbeli diódára 2 V zárófeszültséget kapcsolunk. Mekkora lesz a rajta átfolyó áram erőssége?
10 nA
1,1 nA
1,1 mA
600 nA
5. A bipoláris tranzisztor esetén az emittert vagy a kollektort kell nagyobb felületűre készíteni?
Az emittert.
Pontosan egyformák kell legyenek.
A kollektort.
Teljesen mindegy, ez nincs hatással a tranzisztor működésére.