C U P R I N S

 

1.  ISTORIA MICROELECTRONICII

1

1.1.  Siliciul

1

1.2.  Undele electromagnetice

1

1.3.  Telegrafia fără fir

2

1.4.  Radioul şi televiziunea

2

1.5.  Radarul

3

1.6.  Tranzistorul lui William Shockley

3

1.7.  Integratul lui Robert Noyce

6

1.8.  Calculatorul personal

8

Partea I  SEMICONDUCTOARE LA ECHILIBRU TERMODINAMIC

2.  MATERIALE SEMICONDUCTOARE

9

2.1.  Clasificarea materialelor

9

2.2.  Metale, semiconductoare, dielectrici

9

2.3.  Semiconductoare

10

2.4.  Reţele cristaline

11

3.  ATOMI ŞI ELECTRONI

17

3.1.  Dualitatea undă - particulă

17

3.2.  Atomul de hidrogen. Modelul lui Bohr

20

3.3.  Atom cu mai mulţi electroni

24

4.  BENZI DE ENERGIE

26

4.1.  Atom de siliciu izolat

26

4.2.  Atomi de siliciu în reţea

28

4.3.  Benzi energetice

29

4.4.  Electroni şi goluri

34

4.5.  Masa efectivă

36

4.6.  Densitatea stărilor energetice

38

5.  ECHILIBRUL TERMODINAMIC

40

5.1.  Vibraţii şi fononi

40

5.2.  Echilibrul termodinamic

42

5.3.  Viteza termică

44

5.4.  Semiconductor intrinsec şi semiconductor extrinsec

46

5.5.  Energia de ionizare

48

5.6.  Ecuaţia neutralităţii sarcinii electrice

50

5.7.  Nivelul Fermi

52

5.8.  Semiconductor nedegenerat

57

5.9.  Semiconductor degenerat

64

Partea a II a  SEMICONDUCTOARE LA NEECHILIBRU

6.  DRIFT ŞI DIFUZIE

66

6.1.  Câmp, forţă, curent electric

66

6.2.  Echivalenţa benzi energetice - mărimi electrostatice

70

6.3.  Driftul purtătorilor în câmp electric

72

6.4.  Difuzia purtătorilor

83

6.5.  Drift - difuzie

85

7.  RECOMBINARE

89

7.1.  Neechilibrul termodinamic

89

7.2.  Cvasineutralitate

89

7.3.  Timp de viaţă

90

7.4.  Procese de generare - recombinare

91

7.5.  Timp de viaţă radiativ

92

7.6.  Timp de viaţă Shockley - Read - Hali

95

7.7.  Ecuaţii de continuitate

102

7.8.  Lungime de difuzie

105

7.9.  Relaxare şi recombinare

110

Partea a III a  JONCŢIUNI PN

8.  FIZICA JONCŢIUNII PN

114

8.1.  Joncţiuni semiconductoare

114

8.2.  Joncţiune PN la echilibru

115

8.3.  Joncţiune PN polarizată

121

8.4.  Curenţi prin joncţiune

125

9.  ELECTROSTATICA JONCŢIUNII PN

129

9.1.  Ipoteze de lucru

129

9.2.  Calculul tensiunii interne

129

9.3.  Rezolvarea ecuaţiei Poisson. Aspecte generale

130

9.4.  Calculul câmpului electric

132

9.5.  Calculul grosimii regiunii de tranziţie

134

9.6.  Calculul potenţialului electrostatic

135

9.7.  Teorema lui Kroemer

136

10.  CARACTERSTICA DIRECTĂ I-V ÎN REGIM STATIC

138

10.1.  Probleme generale

138

10.2.  Ipoteza de cvasiechilibru

139

10.3.  Concetraţia de minoritari la marginea regiunii de tranziţie

141

10.4.  Calculul curentului direct

142

11.  CARACTERISTICA INVERSĂ I-V

150

11.1.  Calculul curentului invers

150

11.2  Tensiunea de străpungere

152

11.3.  Calculul curentului invers în prezenţa multiplicării prin avalanşă

155

12.  JONCŢIUNE PN ÎN REGIM DINAMIC

159

12.1.  Regimul tranzitoriu al diodei de comutaţie

160

12.2.  Caracteristici de semnal mic şi joasă frecvenţă ale diodei PN

168

Partea a IV a  TRANZISTOARE BIPOLARE CU JONCŢIUNE

13.  TRANZISTOR BJT

178

13.1.  Evoluţia istorică

178

13.2.  Aspecte generale

180

13.3.  Mecanisme de formare a curenţilor prin tranzistor

184

13.4.  Câştig static în curent

188

14.  MODELAREA CARACTERISTICILOR STATICE BJT

191

14.1.  Distribuţia minoritarilor într-o bază subţire

191

14.2.  Timp de tranzit prin bază

193

14.3.  Factor de transport prin bază

195

14.4.  Eficienţa de injecţie a emitorului

196

14.5.  Ecuaţiile Ebers - Moli

199

14.6.  Tensiuni de străpungere

204

15.  CARACTERISTICI DINAMICE DE SEMNAL MIC BJT

206

15.1.  Tranzistorul ca un cvadripol

206

15.2.  Parametrii intrinseci y în configuraţie bază comună

213

15.3.  Parametrii intrinseci y m configuraţie emitor comun

221

15.4.  Circuit echivalent hibrid π

221

15.5.  Frecvenţa de tranziţie fT

223

Partea a V a  DISPOZITIVE UNIPOLARE

16.  DIODA METAL - SEMICONDUCTOR

231

16.1.  Istoric

231

16.2.  Contact metal - semiconductor

231

16.3.  Modelarea diodei Schottky

235

17.  CAPACITOR MOS IDEAL

242

17.1.  Istoric

242

17.2.  Structura MOS ideală

242

17.3.  Acumulare, golire, inversie

246

17.4.  Rezolvarea ecuaţiei Poisson

250

17.5.  Relaţia de legătură VG - φs în regim de golire

253

17.6.  Relaţia de legătură VG - Qn în regim de inversie

255

17.7.  Caracteristica MOS C - V de înaltă frecvenţă

256

18.  DIODA CU POARTĂ

264

18.1.  Aspecte generale

264

18.2.  Echilibrul termodinamic

264

18.3.  Condiţia de inversie la neechilibru

267

18.4.  Caracteristicile suprafeţei în condiţii de inversie la neechilibru

268

18.5.  Conductanţa canalului de inversie

269

19.  TRANZISTOARE CU EFECT DE CÂMP CU JONCŢIUNE JFET

272

19.1.  Tranzistoare cu efect de câmp

272

19.2.  Fizica tranzistorului JFET

273

19.3.  Modelarea caracteristicii ID- VD a tranzistorului JFET

276

19.4.  Regim dinamic de semnal mic

282

20.  TRANZISTOARE CU EFECT DE CÂMP DE SUPRAFAŢĂ MOSFET

20.1.  Fizica tranzistorului MOSFET

286

20.2.  Modelarea caracteristicii statice ID- VD

290

20.3.  Regim dinamic de semnal mic

294

Partea a VI a  FENOMENE DE ORDINUL AL DOILEA ÎN DISPOZITIVE SEMICONDUCTOARE

21.  RECOMBINARE - GENERARE ÎN REGIUNEA DE SARCINĂSPAŢIALĂ A JONCŢIUNII PN

296

21.1.  Curentul Şah - Noyce - Shockley

296

21.2.  Parametrul de idealitate al joncţiunii PN

301

21.3.  Liniaritatea câştigului static în curent fi la tranzistoarele bipolare

303

21.4.  Generare în regiunea de golire

305

22.  NIVEL MARE DE INJECŢIE

306

22.1.  Joncţiune P-N la nivel mare de injecţie

306

22.2.  Tranzistor bipolar la nivel mare de injecţie

312

23.  TRANZISTOARE BIPOLARE DRIFT

317

23.1.  Bază dopată neuniform

317

23.2.  Teoria Moli - Ross

319

23.3.  Numărul lui Gummel

321

23.4.  Timp de tranzit în bază cu dopare exponenţială

322

24.  STRUCTURĂ Al - SiO2 - Si NEIDEALĂ

324

24.1.  Diferenţa de lucru de ieşire metal - semiconductor

325

24.2.  Strat de oxid cu sarcină electrică internă

326

24.3.  Tranzistor MOSFET neideal

334

BIBLIOGRAFIE RECOMANDATĂ

337

PROBLEME REZOLVATE

1.                 Distanţa interatomică

14

2.                 Relaţia lungime de undă - energie

20

3.                 Viteza termică

46

4.                 Atom de fosfor în siliciu

50

5.                 Nivel Fermi intrinsec

53

6.                 Dependenţa concentraţie intrinsecă - temperatură

59

7.                 Concentraţii de purtători

62

8.                 Nivel Fermi în regiuni dopate

65

9.                 Lungime de difuzie şi lungime Debye

113

10.            Dioda PN polarizată invers

135

11.            Regiunea de tranziţie în joncţiuni gradate

137

12.            Dioda PN polarizată direct

148

13.            Factor de amplificare statică la tranzistorul bipolar

198

14.            Frecvenţa de tranziţie a tranzistorului bipolar

229

15.            Dioda Schottky la echilibru

236

16.            Curentul de saturare al diodei Schottky

241

17.            Capacitor MOŞ la înaltă frecvenţă

262

18.            Tensiunea de prag a tranzistorului JFET

281

19.            Curent de drena la tranzistorul MOSFET

293

20.            Tensiunea de prag a capacitorului MOS neideal

335