![h v ] À ] P o ] ^ µ ] ] P o ] ] XZ X v X ó ð ñ o ï ...people.unica.it/orientamento/files/2017/06/2017-18_manifesto_studi.pdf · h v ] À ] P o ] ^ µ ] ] P o ] ] XZ X v X ó](https://static.fdocumenti.com/doc/165x107/5c65c64909d3f2826e8d18e9/h-v-a-p-o-p-o-xz-x-v-x-o-d-n-o-i-h-v-a-p-o.jpg)
Dispositivi a semiconduttore1 x -x E W xCxC pnppnp V EB V BC EmettitoreBaseCollettore.
38
Dispositivi a semicondutt ore 1 x -x E W x C p n p V EB V BC Emettitore Base Collettore
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Dispositivi a semiconduttore 1
x
-xE
W
xC
p n p
VEB VBC
Emettitore Base Collettore
Dispositivi a semiconduttore 2
Transistor
Dispositivi a semiconduttore 3
Effetto transistor:
Amplificazione della corrente nella giunzione contropolarizzata
Contributi corrente:•IEp: lacune iniettate emettitore
•ICp: lacune al collettore
•IEn: elettroni dalla base verso emettitore ( va ridotta: alto doping emettitore)•IBB: elettroni che la base deve rifornire a causa ricombinazione: IBB=IEp-Icp
•ICn: corrente di elettroni generati termicamente che dal collettore si muovono verso la base
Dispositivi a semiconduttore 4
Configurazioni
Dispositivi a semiconduttore 5
IE =IEp + IEn
IC =ICp + ICn
IB =IE −IC =(IEp −ICp) + (IEn −ICn)
nella configurazione a base comune:
α0 ≡ICp
IE
=hFB =IEp
IEp + IEn
⋅ICp
IEp
↑ ↑ γ=efficienza αT = fattore trasporto base
emettitore
€
α0 = γα T ≈1 in un buon transistor
Dispositivi a semiconduttore 6
Se si esprime IC in funzione del guadagno a base comune:
€
IC = ICp + ICn =α T IEp + ICn = γα TIEpγ
⎛
⎝ ⎜
⎞
⎠ ⎟+ ICn
IC =α 0IE + ICn
ICn = corrente collettore - base con emettitore aperto (IE = 0)
ICn = ICBO
CBO : Common base, emitter open
IC =α 0IE + ICBO
Dispositivi a semiconduttore 7
Caratteristiche statiche:
Hp:
-drogaggio uniforme in ciascuna regione-Basso livello di iniezione-Non c’è generazione-ricombinazione nella regione di svuotamento-Non ci sono resistenze in serie nel dispositivo
Regime attivo
Distribuzione portatori minoritari in base:
€
Dpd2pndx 2
−pn − pn0
τ p= 0
pn (x) = pn0 +C1ex
L p +C2e−x
L p
Condizioni al contorno
pn (W ) =0
pn(0) =pn0eqVEB
kBT
pn0 =ni2
NB
NB =Concentrazione donori base
Dispositivi a semiconduttore 8
Dispositivi a semiconduttore 9
pn (x) =pn0 eqVBE
KT −1⎛
⎝⎜⎞
⎠⎟
sinhW−x
Lh
⎛
⎝⎜⎞
⎠⎟
sinhWLh
⎛
⎝⎜⎞
⎠⎟
⎡
⎣
⎢⎢⎢⎢
⎤
⎦
⎥⎥⎥⎥
+ pn0 1−sinh
xLh
⎛
⎝⎜⎞
⎠⎟
sinhWLh
⎛
⎝⎜⎞
⎠⎟
⎡
⎣
⎢⎢⎢⎢
⎤
⎦
⎥⎥⎥⎥
Se W/Lp>>1 : distribuzione esponenziale di singola giunzione
Se W/Lp<<1 : distribuzione lineare . In condizioni “ normali” (REGIME ATTIVO)
€
€
pn (x) = pn0 eqVBEKT −1
⎛
⎝ ⎜
⎞
⎠ ⎟(1−
x
W) = pn (0)(1−
x
W)
Dispositivi a semiconduttore 10
E p+ B n C p
WEWC
WE WC>>LE,LC
nE (x) =nE0 +nE0 (eqVBE
kBT −1)ex+xE
LE per x≤-xE
nC (x) =nC0 −nE0e−
x−xC
LC per x≤xC
xC-xE
In base si ha un eccesso di portatori minoritari per una carica totale:
Q =qA pn(x)−pn0[ ]0
W
∫ dx
Se pn(x) >> pn0 → Q≈qAWpn0
2
Dispositivi a semiconduttore 11
Calcolo correnti:
IEp =−qADp
dpn
dx x=0
Per W/L p <<1 IEp ≈qADp
ni2
NBW(e
qVEB
kBT −1)+qADp
ni2
NBW
ICp(x=W) =−qADp
dpn
dx x=0
≈qADp
ni2
NBW(e
qVCB
kBT −1)+qADp
ni2
NBW
IEn =−qADE
dnE
dx x=−xE
=qADE
nE0
LE
(eqVEB
kBT −1)
ICn =−qADC
dnC
dx x=xC
=qADC
nC0
LC
Dispositivi a semiconduttore 12
Se esplicitiamo le correnti:
IE =IEp + IEn
IC =ICp + ICn
IB =IE −IC
IC ≈qADppn0
W=2Dp
W2 QB: La corrente di collettore
è proporzionale alla carica di minoritari immagazzinati nella base
Dispositivi a semiconduttore 13
BJT distribuzione portatori minoritari: controllano tutto i minoritari nella base
Dispositivi a semiconduttore 14
Distribuzione drogaggio
Dispositivi a semiconduttore 15
In sintesi
-VEB , VCB decidono densità alle giunzioni di Emettitore e Collettore
-IE e IC dipendono dai gradienti di concentrazione dei minoritari alle giunzioni
-La corrente di base è la differenza fra IE e IC
Efficienza di emettitore:
γ=IEp
IEp + IEn
≈Dp
pn0W
Dppn0
W + DEnE0
LE
=1
1+DE
Dp
NB
NE
WLE
da :ni2
pn0
=NB e ni2
nE0
=NE
Dispositivi a semiconduttore 16
Per avere γ≈1 NB<<NE: alto drogaggio emettitore
Fattore trasporto:
αT =ICp
IEp
≈sechWLp
≈1−W2
2Lp2 : Base piccola rispetto alla
lunghezza diffusione per αT ≈1
Dispositivi a semiconduttore 17
Operation mode:
•Modo attivo: E-B: forward B-C reverse
•Saturazione : E-B: forward B-C forward
pn(W)=pnoexp(qVCB/kBT)
In saturazione per una piccola polarizzazione ho grandi correnti ( stato ON di uno switch)
•Cutoff: E-B: reverse B-C reversepn(W)=pn(0)=0- Stato OFF di uno switch
•Invertito:E-B: reverse B-C forward
Modo attivo con efficienza ridotta a causa del basso doping del collettore
4 regioni funzionamento|: 4 distribuzioni portatori
Dispositivi a semiconduttore 18
Distribuzione portatori minoritari
Dispositivi a semiconduttore 20
Base Comune
satu
razi
one
attiva
Cut Off
Dispositivi a semiconduttore 21
Configurazione a Emettitore comune:
IB =IE −IC
IC =α0 IE + ICBO
IC =α0 (IB + IC ) + ICBO → IC =α0
1−α0
IB +ICBO
1−α0
Guadagno ad emettitore comune:
β0 =ΔICΔIB
= hFE =α 0
1 −α 0
≈ 100
ICEO :Corrente di perdita emettitore-collettore per base aperta (IB=0)
IC = β0IB + ICEO
β0 =α 0
1 −α 0
=γα T
1− γα T≈α T
1 −α T= 2
Lp2
W 2
Dispositivi a semiconduttore 22
Emettitore Comune
satu
razi
one
attiva
Cut Off
Nella regione attiva IC sostanzialmente indipendente da VCE
Dispositivi a semiconduttore 23
Valori tensione
VCE(sat) VBE(sat) VBE(att) VBE(soglia) VBE(interdizione)
Si 0.2V 0.8V 0.7V 0.5V 0
Ge 0.1 0.3 0.2 0.1 -0.1
Dispositivi a semiconduttore 24
VBC crescente: IC cresce a causa breakdown a valanga giunzione B-C
In un transistor reale: ricombinazione e generazione nelle regioni di svuotamento alle due giunzioni. ICBO e ICEO crescono
Perdita di β0 a basse correnti a causa di ricombinazione nella regione di svuotamento E-B
Il plateau nella caratteristica si ottiene se domina corrente diffusione
Dispositivi a semiconduttore 25
Modello di Ebers-Moll
-2 diodi back to back-corrente IE fluisce quasi tutta nel collettoreCaratteristiche statiche
IF: frazione corrente Emettitore che fluisce in baseαFIF: frazione che raggiunge il collettoreIR: reverse current collettoreαRIR: reverse common base guadagno in corrente
Dispositivi a semiconduttore 26
Dispositivi a semiconduttore 27
Amplificatore di tensione e/o corrente
Dispositivi a semiconduttore 28
Emettitore Comune
mAi
VV
B
BE
1.0
07.0
=Δ=Δ
mAi
VV
C
CE
5
5
=Δ=Δ
CLSCE iRVV −=
Dispositivi a semiconduttore 29
Base Comune
mAi
VV
E
EB
10
1.0
=Δ=Δ
mAi
VV
C
CB
10
11
=Δ=Δ
CLSCB iRVV −=
Dispositivi a semiconduttore 32
Emitter-follower
iE =iB + iC =(1+ β)iBAV =1
Dispositivi a semiconduttore 33
Risposta in frequenza:Limite principale tempo di transito minoritari in base
Se v(x) è la velocità di un portatore in base:
Ip =qv(x)p(x)A
τB =dx
v(x)0
W
∫ =qp(x)Adx
I P0
W
∫Se:p(x) =Cx
τB =W2
2Dp
Dispositivi a semiconduttore 34
Switch
OFF ON
0≤V VV 7.0≥
Per applicazioni digitali conta tempo di uscita dalla saturazione
Dispositivi a semiconduttore 35
Il transistor ad effetto di campo:
JFET (1953)MOSFET (1960)I MOSFEt furono “ pensati” nel 1925
Transistor unipolare in cui il flusso della corrente dal terminale di source al drain è controllato dalla tensione applicata all’elettrodo di gate. Controllo della conducibilità di un canale.A differenza di un transistor bipolare dove il parametro di controllo è la corrente di base, qui è la tensione del gate.
Dispositivi a semiconduttore 36
JFET Si preferisce n per maggiore mobilità portatori
Dispositivi a semiconduttore 37
00 ≥≤ DG VV
JFET Canale conduttivo con 2 contatti ohmici: S e DIl Gate G forma una giunzione con il canale
Source a massa: la corrente elettroni verso il drain
Dispositivi a semiconduttore 38
JFET a canale n
Dispositivi a semiconduttore 39
saturazionelineare
Dispositivi a semiconduttore 40
JFET
W(x)
W(x)
Dispositivi a semiconduttore 41
![K>K'/ - UPO · 2017. 11. 17. · µ v } À ] } o o [ X í î o XD X î ó ì l î ì ì ð v ( ] v ] ] } v v µ ] ] } o o [K ] v u v } ] ] } ] ] ( ] u v } P o ] ] } P v ] Ì Ì ]](https://static.fdocumenti.com/doc/165x107/611db70d0ed0e668b15aa3f2/kk-upo-2017-11-17-v-o-o-x-o-xd-x-l-.jpg)
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