1) Bande piatte =0 np=npo (pp=ppo) 2)Accumulazione Qs≈exp(s|/2) 3)Svuotamento Qs≈sqrt(s) 4)Inversione debole np cresce 5)inversione forte Qs≈exp(s/2) n p n p 0 exp( ) p p p p 0 exp( ) Dispositivi a semiconduttore 1 Applicazioni “Tuning” del numero e tipo portatori vicino alla superficie del semiconduttore ( appl. CCD 1969 Boyle-Smith ) Dispositivi a semiconduttore 2 2 1 3 Regime di deep depletion Dispositivi a semiconduttore Con sequenza clock si ha immagazzinamento e trasferimento carica 3 Transistor bipolare Transfer resistor:dispositivo a 3 terminali in cui la resistenza fra 2 terminali è controllata dal terzo terminale E’ un dispositivo bipolare perchè la corrente è trasportata da due tipi di portatori Bell Labs 1947: Bardeen & Brittain point contact transistor 1949: Teoria di Shockley per giunzioni p-n 1951:I dimostrazione di un transistor bipolare 1956: Nobel a Bardeen & Brittain e Shockley Dispositivi a semiconduttore 4 An amazingly simple device, capable of performing efficiently nearly all the functions of an ordinary vacuum tube, was demonstrated for the first time yesterday at Bell Telephone Laboratories where it was invented. Known as the Transistor, the device works on an entirely new physical principle discovered by the Laboratories in the course of fundamental research into the electrical propertiesof solids. Although the device is still in the laboratory stage, Bell scientists and engineers expect it may have far-reaching significance in electronics and electrical communication. The whole apparatus is housed in a tiny cylinder less than an inch long. It will serve as an amplifier or an oscillator -- yet it bears almost no resemblance to the vacuum tube now used to do these basic jobs. It has no vacuum, no glass envelope, no grid, no plate, no cathode and therefore no warm-up delay. Two hair-thin wires touching a pinhead of a solid semi- conductive material soldered to a metal base, are the principal parts of the Transistor. These are enclosed in a simple, metal cylinder not much larger than a shoe-lace tip. More than a hundred of them can easily be held in the palm of the hand. Since the device is still in the experimental stage, no data on cost are available. Its essential simplicity, however, indicates the possibility of widespread use, with resultant mass- production economies. When fully developed, the Transistor is also expected to find new applications in electronics where vacuum tubes have not proved suitable. Tests have shown that the Transistor will amplify at least I00 times (20 decibels). Some test models have been operated as amplifiers at frequencies up to ten million cycles per second. Because of the basically simple structure of the new units, stability and long life are expected. Dispositivi a semiconduttore 5 La definizione di lacuna…. Transistor action depends upon the fact that electrons in a semi-conductor can carry current in two distinctly different ways. This is because most of the electrons in a semiconductor do not contribute to carrying the current at all. Instead they are held in fixed positions and act as a rigid cement to bind together the atoms in a solid. Only if one of these electrons gets out of place, or if another electron is introduced in one of a number of ways, can current be carried. If, on the other hand, one of the electrons normally present in the cement is removed, then the "hole" left behind it can move like a bubble in a liquid and thus carry current. Dispositivi a semiconduttore 6 Giunzione np Dispositivi a semiconduttore 7 Giunzione np p n p n Dispositivi a semiconduttore 8 Corrente giunzione pn Dispositivi a semiconduttore 9 Due giunzioni separate con polarizzazione opposta Reverse p n Forward n Dispositivi a semiconduttore 10 Due giunzioni vicine p n n Dispositivi a semiconduttore 11 Nobel 1956 Dispositivi a semiconduttore 12 Dispositivi a semiconduttore 13 Transistor PNP NPN In genere la regione di emettitore ha drogaggio più alto rispetto al collettore Dispositivi a semiconduttore 14 Dispositivi a semiconduttore 15 VEB VBC p n Emettitore p Base Collettore r -xE xC W Dispositivi a semiconduttore x 16 VEB VBC p n Emettitore p Base Collettore r -xE xC W n( x) n( xE )e x xE Le x n( x) n( xC )e qVKTEB n( xE ) nE ,0 e 1 x xC Le qVKTBC n( xC ) nC ,0 e 1 Dispositivi a semiconduttore 17 Transistor Dispositivi a semiconduttore 18 Dispositivi a semiconduttore 19 5 e 6 sono correnti trascurabili Dispositivi a semiconduttore 20 N-P-N Dispositivi a semiconduttore 21 N-P-N Dispositivi a semiconduttore 22 Componenti corrente N-P-N Giunzione E-B: corrente di diffusione di elettroni e lacune Nella base: Ricombinazione e se base sottile transito elettroni Nel collettore: raccolta elettroni InE: corrente diffusione elettroni InC: corrente diffusione elettroni raccolti al collettore IrB= InE-InC: ricombinazione in base IpE: corrente di diffusione lacune E-B IrE: ricombinazione E-B ICO: corrente inversa C-B Dispositivi a semiconduttore 23 Lacune nella base qVBE W x x sinh p( x) e KT 1 sinh Lh Lh W sinh Lh pB ,0 Dispositivi a semiconduttore 24 Distribuzione portatori minoritari Dispositivi a semiconduttore 25 Dispositivi a semiconduttore 26 Parametri IE, p IE, p IE IE , p IE,n Efficienza di emettitore IE ,n (n p n) IE Dispositivi a semiconduttore 27 IC , p T IE, p Fattore di trasporto nella base IC ,n (n p n) T IE ,n IC , p IC 0 T hFB IE, p IE ,n IE IC,n (n p n) 0 IE , p IE,n Guadagno a base comune Dispositivi a semiconduttore 28 Parametri I E, p 1 De W N D , B I E , p I E ,n 1 Dh Le N A, E 2 IC, p W T 1 2 I E, p 2 Lh 0 IC, p I E , p I E ,n T Dispositivi a semiconduttore 29 Parametri I E, p I E , p I E ,n T 0 IC, p I E, p 1 1 0.999 1 5 1 De W N D , B 1 1 1 50 100 Dh Le N A, E 2 W 1 1 1 2 1 0.995 2 Lh 2 10 2 IC, p I E , p I E ,n T 0.994 Dispositivi a semiconduttore 30 Parametri 1 I B I E I C 1 I C 0.006 I C 0 0 I B I B 166 I B I C 10 Dispositivi a semiconduttore 31 Dispositivi a semiconduttore 32 Dispositivi a semiconduttore 33 Dispositivi a semiconduttore 34 Dispositivi a semiconduttore 35 Dispositivi a semiconduttore 36 Dispositivi a semiconduttore 37
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