ПОЛУПРОВОДНИКОВАЯ ЭЛЕКТРОНИКА

Раздел твердотельной электроники, включающий исследование взаимодействия электронов с электро-магн. полями в полупроводниках и методы создания электронных приборов и устройств, в которых это взаимодействие используется с целью преобразования электро-магн. энергии (например, для обработки и передачи электрич. сигналов). Высокие темпы развития электроники в 50-80-х гг. 20 в. и её проникновение в автоматику, связь, вычислит, технику, астрономию, медицину, быт и т. д. в значит, мере обусловлены успехами П. э., позволившей создавать малогабаритные, высоконадёжные, с'малым потреблением энергии полупроводниковые приборы и устройства.

Историческая справка. Первым полупроводниковым материалом, нашедшим применение в электронике, был 5е. Открытый в 1873 амер. физиком У. Смитом эффект изменения сопротивления селенового столбика под действием света привёл к созданию первых ПП приборов - фоторезисторов. В 1874 нем. физиком К. ф. Брауном была открыта односторонняя проводимость контакта металл - полупроводник, что привело к использованию ПП в крист. детекторах для демодуляции радиотелефонных и радиотелеграфных сигналов (1900-05). В 1920-26 селеновые и купроксные (меднозакисные) элементы стали применяться для преобразования перем. тока в постоянный. В 1922 сов. учёный О. В. Лосев использовал крист. детектор из цинкита для генерирования и усиления радиочастотных колебаний и создал на его базе радиоприёмник - кристадин, имевший значительно более высокую чувствительность по сравнению с обычным детекторным приёмником.

Долгое время попытки создать устойчиво работающий усилит, прибор, использующий электронные процессы в твёрдом теле, не имели успеха. Бурное развитие П. э. началось с изобретения сначала точечного (У. Браттейн, Дж. Бардин, США, 1948), а затем и плоскостного (У. Шок-ли, США, 1951) транзистора. Дальнейшие успехи в области П. э. связаны с созданием планарной технологии (1959), появлением и развитием интегральной электроники и переходом на её основе к микроминиатюризации электронной аппаратуры (см. также Микроэлектроника).

На базе планарной технологии в 60-х - нач. 70-х гг. были созданы биполярные СВЧ транзисторы, полевые МДП-транзисторы, приборы с зарядовой связью, разл. типы интегральных схем. В это же время появились лавинно-пролётные диоды, Ганна диоды, диоды и транзисторы с барьером Шоттки, оптоэлектронные устройства. Этот период характеризуется бурным ростом ПП промышленности и, соответственно, значит, увеличением объёма произ-ва изделий П. э. В кон. 80-х гг. объём выпуска дискретных ПП приборов и ИС во всём мире исчислялся десятками млрд. приборов в год; при этом только дискретных транзисторов выпускалось ок. 30 млрд. Кол-во же транзисторов в составе ИС более чем на три порядка превышало эту цифру.

Физические основы П. э. Развитие П. э. стало возможным благодаря фундаментальным достижениям в области квантовой теории твёрдого тела и физики ПП. В основе работы ПП электронных приборов и устр-в лежат след, важнейшие свойства ПП и электронные процессы в них: одно-врем. существование двух типов подвижных носителей заряда (отрицательных - электронов проводимости и положительных - дырок), обусловливающих два типа электропроводности - электронную и дырочную; сильная зависимость величины и типа электропроводности от концентрации и типа атомов примеси; высокая чувствительность свойств ПП к воздействию света, тепла, электрич. и магн. полей, механич. напряжений (см., например, Термоэлектрические явления. Холла эффект); возникновение на границе областей ПП с разл. типами электропроводности или в контакте металл - ПП соответственно электронно-дырочного перехода (р-п-перехода) или барьера Шоттки, обладающих практически односторонней проводимостью; способность р-п-переходов к инжекции носителей заряда из области, где они являются основными, в область, где они являются неосновными, при включении напряжения в направлении пропускания тока через переход; туннельный переход носителей сквозь потенциальный барьер, лавинное умножение носителей заряда в сильных электрич. полях, переход носителей из одной долины энергетич. зоны в другую с изменением их эффективных масс и подвижности, лежащий в основе Ганна эффекта, и др.

Решающее значение для П. э. имеет транзисторный эффект (эффект управления током запертого перехода с помощью тока отпертого перехода), а также эффект модуляции полем проводимости тонкого слоя ПП (канала). Именно на основе этих эффектов работают ПП приборы осн. типа - биполярные и полевые транзисторы, которые определили коренные изменения в радиоэлектронной аппаратуре и ЭВМ и обеспечили широкое применение систем автоматич. управления в технике.

Copyright © 2002 - 2017 Ravnopravie.kharkov.ua. All Rights Reserved.