ВУЗ:
Составители:
Рубрика:
5
Теоретические исследования полупроводникового диода
послужили базой для изучения биполярного транзистора, с
изобретением которого (Шокли, Бардин, Браттейн, 1947 г.)
начался третий период в развитии электроники. Вслед за би-
полярным транзистором в 1952 году Шокли создал полевой
транзистор. В 1958 году Есаки изобрел туннельный диод.
В 1961 году была создана первая интегральная схема,
представлявшая собой триггер, состоявший из 4 транзисторов
и 2 резисторов. Это событие ознаменовало начало четвертого
периода в развитии электроники: создание различных элек-
тронных устройств на базе монолитных интегральных схем
разной степени сложности.
Основные свойства полупроводников
Уже к 30-м годам XX века удалось установить следующие
основные свойства полупроводниковых веществ:
1) отрицательный температурный коэффициент сопротив-
ления;
2) значения удельного сопротивления, лежащие в преде-
лах от 10
6
Ом⋅см до 10
-3
Ом⋅см;
3) большие значения термо-эдс;
4) эффект выпрямления переменного тока, или, по крайней
мере, неомическое поведение в контактах;
5) чувствительность к свету (появление фото-эдс или изме-
нение сопротивления при освещении).
Была также выяснена важная роль, которую играют
примеси в полупроводниках. Исследователи отметили, что
некоторые характеристики различных образцов одного и того
же вещества, в частности, отрицательный температурный ко-
эффициент сопротивления при высоких температурах, прак-
тически неизменны, тогда как другие характеристики (напри-
мер, удельное сопротивление) сильно меняются от образца к
образцу.
6
1. Основы физики полупроводников
1.1. Волновое уравнение Шредингера
Известно, что энергия электромагнитного излучения кван-
туется и единицей квантования служит величина
νhE = , (1.1)
где h − постоянная Планка (равная 6,625⋅10
-34
Дж⋅с), a ν −
частота излучения. В случае видимого света кванты излуче-
ния называются фотонами.
Из классической электродинамики известно, что электро-
магнитная волна обладает импульсом, равным ее энергии, де-
ленной на скорость света. Отсюда следует, что импульс р, пе-
реносимый квантом электромагнитного излучения, равен
λν hchp == , или ph=λ , (1.2)
где
λ
− длина волны излучения, с − скорость света.
Экспериментально доказано, что частице с импульсом р
соответствует длина волны
λ
, причем ph=λ . Следовательно,
формула (1.2) применима как к частицам вещества, так и к
квантам электромагнитного излучения. Этот факт впервые
был обоснован Луи де Броллем и известен как корпускуляр-
но-волновой дуализм.
В 1926 году Э.Шредингер выдвинул предположение, что
волна, сопоставляемая с частицей, должна подчиняться неко-
торому волновому уравнению. Постулированное им уравне-
ние имеет следующий вид:
Ψ−Ψ∇=
Ψ
− ),,,(
2
2
2
tzyxU
mt
j
h
h
∂
∂
. (1.3)
Здесь ),,,( tzyxΨ=Ψ − волновая функция,
UUxyzt= (,,,)
− потенциальная энергия частицы,
π2
h
=h .
