komponente poluprovodniˇcka elektronske...

274
Elektronske komponente Poluprovodnici Poluprovodniˇ cka svojstva silicijuma Kristalna struktura silicijuma Elektriˇ cna provodnost Zonalna reprezentacija energetskih nivoa Dopiranje silicijuma Elektriˇ cne karakteristike dopiranog silicijuma pn spoj Formiranje pn spoja (informativno) Elektronske komponente Poluprovodniˇ cka svojstva silicijuma Z. Priji´ c, D. Manˇ ci´ c Univerzitet u Nišu Elektronski fakultet u Nišu Predavanja 2016.

Upload: others

Post on 31-Aug-2019

27 views

Category:

Documents


1 download

TRANSCRIPT

Page 1: komponente Poluprovodniˇcka Elektronske komponentemikro.elfak.ni.ac.rs/wp-content/uploads/EK_Predavanja_02.pdf · Predavanja 2016. Elektronske komponente Poluprovodnici Poluprovodniˇcka

Elektronskekomponente

Poluprovodnici

Poluprovodnickasvojstva silicijuma

Kristalna strukturasilicijuma

Elektricnaprovodnost

Zonalnareprezentacijaenergetskih nivoa

Dopiranje silicijuma

Elektricnekarakteristikedopiranog silicijuma

pn spoj

Formiranje pn spoja(informativno)

Elektronske komponentePoluprovodnicka svojstva silicijuma

Z. Prijic, D. Mancic

Univerzitet u NišuElektronski fakultet u Nišu

Predavanja 2016.

Page 2: komponente Poluprovodniˇcka Elektronske komponentemikro.elfak.ni.ac.rs/wp-content/uploads/EK_Predavanja_02.pdf · Predavanja 2016. Elektronske komponente Poluprovodnici Poluprovodniˇcka

Elektronskekomponente

Poluprovodnici

Poluprovodnickasvojstva silicijuma

Kristalna strukturasilicijuma

Elektricnaprovodnost

Zonalnareprezentacijaenergetskih nivoa

Dopiranje silicijuma

Elektricnekarakteristikedopiranog silicijuma

pn spoj

Formiranje pn spoja(informativno)

PoluprovodniciDefinicija

Materijali cija se vrednost specificne elektricne provodnostinalazi izmedu izolatora i provodnika nazivaju se poluprovod-

nici (semiconductors). Poluprovodnici mogu biti hemijski ele-menti ili jedinjenja. Elementi pripadaju IV-oj grupi periodnogsistema, dok se jedinjenja tipicno formiraju kao dvokompo-nentna, od elemenata iz III i V ili II i VI grupe, iako mogu bitii trokomponentna.

Za sve poluprovodnike karakteristicno je da im se specificnaelektricna provodnost može povecati primenom tehnološkihpostupaka kojima se modifikuje njihov hemijski sastav.

Page 3: komponente Poluprovodniˇcka Elektronske komponentemikro.elfak.ni.ac.rs/wp-content/uploads/EK_Predavanja_02.pdf · Predavanja 2016. Elektronske komponente Poluprovodnici Poluprovodniˇcka

Elektronskekomponente

Poluprovodnici

Poluprovodnickasvojstva silicijuma

Kristalna strukturasilicijuma

Elektricnaprovodnost

Zonalnareprezentacijaenergetskih nivoa

Dopiranje silicijuma

Elektricnekarakteristikedopiranog silicijuma

pn spoj

Formiranje pn spoja(informativno)

Poluprovodnici

12 13 14 15 16

2

3

4

5

6

5

B

13 14 15 16

Al Si P S

30 31 32 33 34

Zn Ga Ge As Se

48 49 50 51 52

Cd In Sn Sb Te

80 81 82 83

Hg Tl Pb Bi

Grupa

Perioda

IIIA IVA VAIIB VIA

Page 4: komponente Poluprovodniˇcka Elektronske komponentemikro.elfak.ni.ac.rs/wp-content/uploads/EK_Predavanja_02.pdf · Predavanja 2016. Elektronske komponente Poluprovodnici Poluprovodniˇcka

Elektronskekomponente

Poluprovodnici

Poluprovodnickasvojstva silicijuma

Kristalna strukturasilicijuma

Elektricnaprovodnost

Zonalnareprezentacijaenergetskih nivoa

Dopiranje silicijuma

Elektricnekarakteristikedopiranog silicijuma

pn spoj

Formiranje pn spoja(informativno)

PoluprovodniciPoluprovodnicke komponente

Elektronske komponente koje su napravljene na bazipoluprovodnickih materijala nazivaju sepoluprovodnicke komponente (Semiconductor Devices).

Iz ekonomskih i tehnoloških razloga za proizvodnjupoluprovodnickih komponenata se najviše koristisilicijum (Si).

Page 5: komponente Poluprovodniˇcka Elektronske komponentemikro.elfak.ni.ac.rs/wp-content/uploads/EK_Predavanja_02.pdf · Predavanja 2016. Elektronske komponente Poluprovodnici Poluprovodniˇcka

Elektronskekomponente

Poluprovodnici

Poluprovodnickasvojstva silicijuma

Kristalna strukturasilicijuma

Elektricnaprovodnost

Zonalnareprezentacijaenergetskih nivoa

Dopiranje silicijuma

Elektricnekarakteristikedopiranog silicijuma

pn spoj

Formiranje pn spoja(informativno)

Kristalna struktura silicijumaAtomska struktura

Silicijum je, posle gvožda, drugi element po rasprostranje-nosti u Zemljinoj kori i ucestvuje u sastavu vecine stena kojecine njenu površinu.

Atom silicijuma sastoji se od jezgra koje u sebi sadrži 14protona i isto toliko neutrona, oko koga kruži 14elektrona.

Cetiri elektrona koja su najudaljenija od jezgrapredstavljaju valentne elektrone. Ovi elektroniucestvuju u stvaranju kovalentnih veza izmedu atomasilicijuma.

Svaku vezu cini par elektrona, unutar koje po jedanelektron pripada po jednom od dva susedna atoma.

Kovalentnih veza ima cetiri, tako da se formiraju strukture uobliku tetraedra.

Page 6: komponente Poluprovodniˇcka Elektronske komponentemikro.elfak.ni.ac.rs/wp-content/uploads/EK_Predavanja_02.pdf · Predavanja 2016. Elektronske komponente Poluprovodnici Poluprovodniˇcka

Elektronskekomponente

Poluprovodnici

Poluprovodnickasvojstva silicijuma

Kristalna strukturasilicijuma

Elektricnaprovodnost

Zonalnareprezentacijaenergetskih nivoa

Dopiranje silicijuma

Elektricnekarakteristikedopiranog silicijuma

pn spoj

Formiranje pn spoja(informativno)

Kristalna struktura silicijumaSimbolicki prikaz medusobne povezanosti atoma silicijuma: atomi supredstavljeni sferama, a kovalentne veze cilindrima.

Page 7: komponente Poluprovodniˇcka Elektronske komponentemikro.elfak.ni.ac.rs/wp-content/uploads/EK_Predavanja_02.pdf · Predavanja 2016. Elektronske komponente Poluprovodnici Poluprovodniˇcka

Elektronskekomponente

Poluprovodnici

Poluprovodnickasvojstva silicijuma

Kristalna strukturasilicijuma

Elektricnaprovodnost

Zonalnareprezentacijaenergetskih nivoa

Dopiranje silicijuma

Elektricnekarakteristikedopiranog silicijuma

pn spoj

Formiranje pn spoja(informativno)

Kristalna struktura silicijumaKristalna rešetka

Svaki atom silicijuma povezan je sa cetiri susedna atoma. Ova-kav raspored atoma omogucava konstrukciju zamišljene kockekoja cini jedinicnu celiju kristalne rešetke silicijuma. Stranicakocke se naziva konstanta rešetke. Translacijom jedinicne ce-lije za konstantu rešetke duž prostornih osa (x, y i z) dobijase kristalna rešetka silicijuma.

Page 8: komponente Poluprovodniˇcka Elektronske komponentemikro.elfak.ni.ac.rs/wp-content/uploads/EK_Predavanja_02.pdf · Predavanja 2016. Elektronske komponente Poluprovodnici Poluprovodniˇcka

Elektronskekomponente

Poluprovodnici

Poluprovodnickasvojstva silicijuma

Kristalna strukturasilicijuma

Elektricnaprovodnost

Zonalnareprezentacijaenergetskih nivoa

Dopiranje silicijuma

Elektricnekarakteristikedopiranog silicijuma

pn spoj

Formiranje pn spoja(informativno)

Kristalna struktura silicijumaKristalna rešetka

Page 9: komponente Poluprovodniˇcka Elektronske komponentemikro.elfak.ni.ac.rs/wp-content/uploads/EK_Predavanja_02.pdf · Predavanja 2016. Elektronske komponente Poluprovodnici Poluprovodniˇcka

Elektronskekomponente

Poluprovodnici

Poluprovodnickasvojstva silicijuma

Kristalna strukturasilicijuma

Elektricnaprovodnost

Zonalnareprezentacijaenergetskih nivoa

Dopiranje silicijuma

Elektricnekarakteristikedopiranog silicijuma

pn spoj

Formiranje pn spoja(informativno)

Kristalna struktura silicijumaTipovi silicijuma

U zavisnosti od uniformnosti kristalne rešetke, mogu se razli-kovati tri tipa silicijuma:

monokristalni — kristalna rešetka je uniformna namakroskopskom nivou;

polikristalni — kristalna rešetka je uniformna namikroskopskom nivou;

amorfni — kristalna rešetka nije uniformna.

Sva tri tipa silicijuma se koriste u proizvodnji poluprovodnic-kih komponenata. Na dalje ce se razmatranja odnositi samona monokristalni silicijum.

Page 10: komponente Poluprovodniˇcka Elektronske komponentemikro.elfak.ni.ac.rs/wp-content/uploads/EK_Predavanja_02.pdf · Predavanja 2016. Elektronske komponente Poluprovodnici Poluprovodniˇcka

Elektronskekomponente

Poluprovodnici

Poluprovodnickasvojstva silicijuma

Kristalna strukturasilicijuma

Elektricnaprovodnost

Zonalnareprezentacijaenergetskih nivoa

Dopiranje silicijuma

Elektricnekarakteristikedopiranog silicijuma

pn spoj

Formiranje pn spoja(informativno)

Elektricna provodnostSlobodni nosioci naelektrisanja

Osnovni uslov za elektricnu provodnost bilo kog materijalapredstavlja postojanje slobodnih nosilaca naelektrisanja u tommaterijalu.

Teorijski posmatrano, na temperaturi apsolutne nule svielektroni ucestvuju u kovalentnim vezama, pa sesilicijum ponaša kao izolator.

Porast temperature izaziva vibracije atoma unutarkristalne rešetke, što deluje kao pobuda kojaomogucava pojedinim elektronima da raskinukovalentnu vezu i oslobode se od maticnog atoma. Nataj nacin oni postaju slobodni nosioci naelektrisanja.

Page 11: komponente Poluprovodniˇcka Elektronske komponentemikro.elfak.ni.ac.rs/wp-content/uploads/EK_Predavanja_02.pdf · Predavanja 2016. Elektronske komponente Poluprovodnici Poluprovodniˇcka

Elektronskekomponente

Poluprovodnici

Poluprovodnickasvojstva silicijuma

Kristalna strukturasilicijuma

Elektricnaprovodnost

Zonalnareprezentacijaenergetskih nivoa

Dopiranje silicijuma

Elektricnekarakteristikedopiranog silicijuma

pn spoj

Formiranje pn spoja(informativno)

Elektricna provodnostElektroni i šupljine, koncentracija nosilaca, termicka ravnoteža

Kada se elektron oslobodi od maticnog atoma, on zasobom ostavlja „šupljinu“ (hole) koja se, u elektricnomsmislu, može posmatrati kao pozitivno naelektrisanje poapsolutnoj vrednosti jednako naelektrisanju elektrona.

Uobicajeno je da se broj slobodnih nosilacanaelektrisanja izražava po jedinici zapremine (cm−3) pase tako uvodi pojam koncentracija nosilaca.

Termicka ravnoteža je stanje u kome na poluprovodnikne deluje nikakva spoljašnja pobuda (elektricno imagnetno polje, gradijent temperature, itd.).

Page 12: komponente Poluprovodniˇcka Elektronske komponentemikro.elfak.ni.ac.rs/wp-content/uploads/EK_Predavanja_02.pdf · Predavanja 2016. Elektronske komponente Poluprovodnici Poluprovodniˇcka

Elektronskekomponente

Poluprovodnici

Poluprovodnickasvojstva silicijuma

Kristalna strukturasilicijuma

Elektricnaprovodnost

Zonalnareprezentacijaenergetskih nivoa

Dopiranje silicijuma

Elektricnekarakteristikedopiranog silicijuma

pn spoj

Formiranje pn spoja(informativno)

Elektricna provodnostKretanje šupljina

Atom teži da upotpuni nepotpunu kovalentnu vezu(predstavljenu šupljinom).

Zbog toga oni „izvlaci“elektron iz kovalentne vezenekog od susednih atoma, pomocu koga popunjavašupljinu.

Na mestu „izvucenog “elektrona susednog atoma ostajenova šupljina.

Nova šupljina se popunjava na ekvivalentan nacin.

Kretanje šupljina kroz kristal silicijuma je prividno, jer se ustvari krecu elektroni koji ih popunjavaju (ostavljajuci pri tomeza sobom nove šupljine).

Page 13: komponente Poluprovodniˇcka Elektronske komponentemikro.elfak.ni.ac.rs/wp-content/uploads/EK_Predavanja_02.pdf · Predavanja 2016. Elektronske komponente Poluprovodnici Poluprovodniˇcka

Elektronskekomponente

Poluprovodnici

Poluprovodnickasvojstva silicijuma

Kristalna strukturasilicijuma

Elektricnaprovodnost

Zonalnareprezentacijaenergetskih nivoa

Dopiranje silicijuma

Elektricnekarakteristikedopiranog silicijuma

pn spoj

Formiranje pn spoja(informativno)

Elektricna provodnostKretanje šupljina

Page 14: komponente Poluprovodniˇcka Elektronske komponentemikro.elfak.ni.ac.rs/wp-content/uploads/EK_Predavanja_02.pdf · Predavanja 2016. Elektronske komponente Poluprovodnici Poluprovodniˇcka

Elektronskekomponente

Poluprovodnici

Poluprovodnickasvojstva silicijuma

Kristalna strukturasilicijuma

Elektricnaprovodnost

Zonalnareprezentacijaenergetskih nivoa

Dopiranje silicijuma

Elektricnekarakteristikedopiranog silicijuma

pn spoj

Formiranje pn spoja(informativno)

Elektricna provodnostKoncentracija sopstvenih nosilaca (Intrinsic Carrier Concentration)

U hemijski cistom (intrinsic) silicijumu, u termickoj ravnoteži,koncentracija slobodnih elektrona n0 jednaka je koncentracijišupljina p0:

ni = n0 = p0 (cm−3) . (1)

n0p0 = n2i (2)

Na sobnoj temperaturi T = 300K koncentracija sopstvenihnosilaca je ni = 1.01× 1010 cm−3. Zbog toga silicijum pose-duje specificnu elektricnu provodnost na sobnoj temperaturii ona iznosi σ ≃ 4.35× 10−6

Ω−1 cm−1. Ova vrednost speci-

ficne provodnosti je za više redova velicine manja u odnosuna provodnosti metala, pa se silicijum svrstava u poluprovod-nike.

Page 15: komponente Poluprovodniˇcka Elektronske komponentemikro.elfak.ni.ac.rs/wp-content/uploads/EK_Predavanja_02.pdf · Predavanja 2016. Elektronske komponente Poluprovodnici Poluprovodniˇcka

Elektronskekomponente

Poluprovodnici

Poluprovodnickasvojstva silicijuma

Kristalna strukturasilicijuma

Elektricnaprovodnost

Zonalnareprezentacijaenergetskih nivoa

Dopiranje silicijuma

Elektricnekarakteristikedopiranog silicijuma

pn spoj

Formiranje pn spoja(informativno)

Elektricna provodnostZavisnost koncentracije sopstvenih nosilaca u silicijumu od temperature

109

1010

1011

1012

1013

275 300 325 350 375

ni(c

m-3

)

T(K)

Page 16: komponente Poluprovodniˇcka Elektronske komponentemikro.elfak.ni.ac.rs/wp-content/uploads/EK_Predavanja_02.pdf · Predavanja 2016. Elektronske komponente Poluprovodnici Poluprovodniˇcka

Elektronskekomponente

Poluprovodnici

Poluprovodnickasvojstva silicijuma

Kristalna strukturasilicijuma

Elektricnaprovodnost

Zonalnareprezentacijaenergetskih nivoa

Dopiranje silicijuma

Elektricnekarakteristikedopiranog silicijuma

pn spoj

Formiranje pn spoja(informativno)

Zonalna reprezentacija energetskih nivoaEnergetske zone, valentna zona

Svaki elektron unutar materijala poseduje odredenudiskretnu vrednost energije koja se naziva energetski

nivo.

Skup po vrednosti bliskih energetskih nivoa može sepredstaviti kao podrucje koje se naziva energetska zona.

Skup energija valentnih elektrona (onih koji ucestvuju ustvaranju kovalentnih veza izmedu atoma) odredujepodrucje valentne zone (valence band), a maksimalnavrednost energije koju neki od njih može imati odredujeenergiju vrha valentne zone Ev.

Teorijski posmatrano, na temperaturi apsolutne nule svivalentni elektroni imaju energije koje se nalaze uopsegu energija valentne zone.

Page 17: komponente Poluprovodniˇcka Elektronske komponentemikro.elfak.ni.ac.rs/wp-content/uploads/EK_Predavanja_02.pdf · Predavanja 2016. Elektronske komponente Poluprovodnici Poluprovodniˇcka

Elektronskekomponente

Poluprovodnici

Poluprovodnickasvojstva silicijuma

Kristalna strukturasilicijuma

Elektricnaprovodnost

Zonalnareprezentacijaenergetskih nivoa

Dopiranje silicijuma

Elektricnekarakteristikedopiranog silicijuma

pn spoj

Formiranje pn spoja(informativno)

Zonalna reprezentacija energetskih nivoaPojednostavljeni model energetskih zona u silicijumu.

E

Ec

Ev

Eg

valentna zona

provodna zona

zabranjena zona

Page 18: komponente Poluprovodniˇcka Elektronske komponentemikro.elfak.ni.ac.rs/wp-content/uploads/EK_Predavanja_02.pdf · Predavanja 2016. Elektronske komponente Poluprovodnici Poluprovodniˇcka

Elektronskekomponente

Poluprovodnici

Poluprovodnickasvojstva silicijuma

Kristalna strukturasilicijuma

Elektricnaprovodnost

Zonalnareprezentacijaenergetskih nivoa

Dopiranje silicijuma

Elektricnekarakteristikedopiranog silicijuma

pn spoj

Formiranje pn spoja(informativno)

Zonalna reprezentacija energetskih nivoaProvodna i zabranjena zona

Da bi elektron postao slobodan potrebna mu je dodatna ener-gija ciji izvor može biti temperatura ili neka druga vrsta po-bude.

Skup energija slobodnih elektrona cini podrucjeprovodne zone (conduction band), a minimalnavrednost energije koju neki od njih može da imaodreduje energiju dna provodne zone Ec.

Minimalna energija koju je potrebno dodati elektronuda bi prešao iz valentne u provodnu zonu jednaka jerazlici energetskih nivoa dna provodne i vrha valentnezone. Ovim se definiše zabranjena zona (bandgap)energetske širine Eg:

Eg = EC − EV . (3)

Page 19: komponente Poluprovodniˇcka Elektronske komponentemikro.elfak.ni.ac.rs/wp-content/uploads/EK_Predavanja_02.pdf · Predavanja 2016. Elektronske komponente Poluprovodnici Poluprovodniˇcka

Elektronskekomponente

Poluprovodnici

Poluprovodnickasvojstva silicijuma

Kristalna strukturasilicijuma

Elektricnaprovodnost

Zonalnareprezentacijaenergetskih nivoa

Dopiranje silicijuma

Elektricnekarakteristikedopiranog silicijuma

pn spoj

Formiranje pn spoja(informativno)

Zonalna reprezentacija energetskih nivoaZavisnost širine zabranjene zone silicijuma od temperature

1.100

1.105

1.110

1.115

1.120

1.125

1.130

275 300 325 350 375

Eg(e

V)

T (K)

Sa porastom temperature smanjuje se energija koju je po-trebno dodati elektronu da bi prešao iz valentne u provodnuzonu⇒ koncentracija sopstvenih nosilaca raste.

Page 20: komponente Poluprovodniˇcka Elektronske komponentemikro.elfak.ni.ac.rs/wp-content/uploads/EK_Predavanja_02.pdf · Predavanja 2016. Elektronske komponente Poluprovodnici Poluprovodniˇcka

Elektronskekomponente

Poluprovodnici

Poluprovodnickasvojstva silicijuma

Kristalna strukturasilicijuma

Elektricnaprovodnost

Zonalnareprezentacijaenergetskih nivoa

Dopiranje silicijuma

Elektricnekarakteristikedopiranog silicijuma

pn spoj

Formiranje pn spoja(informativno)

Zonalna reprezentacija energetskih nivoaGeneracija i rekombinacija

Proces oslobadanja elektrona iz kovalentnih veza iprelazak iz valentne u provodnu zonu naziva segeneracija slobodnih nosilaca naelektrisanja. Na ovajnacin, u elektricnom smislu, nastaje parelektron–šupljina.

Slobodni elektroni se nasumicno krecu unutar kristalnerešetke i tom prilikom dolaze u blizinu šupljina. Tadabivaju privuceni od strane šupljina i ovaj proces senaziva rekombinacija. Rezultat rekombinacije jenestanak para elektron–šupljina.

U termickoj ravnoteži su neto koncentracije elektrona i šup-ljina jednake i ne zavise od vremena, što je posledica cinje-nice da se procesi generacije i rekombinacije odvijaju istimbrzinama.

Page 21: komponente Poluprovodniˇcka Elektronske komponentemikro.elfak.ni.ac.rs/wp-content/uploads/EK_Predavanja_02.pdf · Predavanja 2016. Elektronske komponente Poluprovodnici Poluprovodniˇcka

Elektronskekomponente

Poluprovodnici

Poluprovodnickasvojstva silicijuma

Kristalna strukturasilicijuma

Elektricnaprovodnost

Zonalnareprezentacijaenergetskih nivoa

Dopiranje silicijuma

Elektricnekarakteristikedopiranog silicijuma

pn spoj

Formiranje pn spoja(informativno)

Zonalna reprezentacija energetskih nivoaGeneracija i rekombinacija

Page 22: komponente Poluprovodniˇcka Elektronske komponentemikro.elfak.ni.ac.rs/wp-content/uploads/EK_Predavanja_02.pdf · Predavanja 2016. Elektronske komponente Poluprovodnici Poluprovodniˇcka

Elektronskekomponente

Poluprovodnici

Poluprovodnickasvojstva silicijuma

Kristalna strukturasilicijuma

Elektricnaprovodnost

Zonalnareprezentacijaenergetskih nivoa

Dopiranje silicijuma

Elektricnekarakteristikedopiranog silicijuma

pn spoj

Formiranje pn spoja(informativno)

Zonalna reprezentacija energetskih nivoaGeneracija i rekombinacija pod dejstvom spoljašnje pobude

Parovi elektron–šupljina mogu biti stvoreni i pod dejstvomspoljašnje pobude. Na primer, poluprovodnik može biti iz-ložen elektromagnetnim talasima u vidu svetlosti tako da unjega prodiru fotoni energije hν koja je veca od energije Eg.U tom slucaju upadni foton predaje svoju energiju elektronui prebacuje ga iz valentne u provodnu zonu, cime se stvarapar elektron–šupljina. Tako nastaju natkoncentracije (excess)elektrona i šupljina. Neto koncentracije elektrona i šupljinasu tada uvecane u odnosu na ravnotežne.

Page 23: komponente Poluprovodniˇcka Elektronske komponentemikro.elfak.ni.ac.rs/wp-content/uploads/EK_Predavanja_02.pdf · Predavanja 2016. Elektronske komponente Poluprovodnici Poluprovodniˇcka

Elektronskekomponente

Poluprovodnici

Poluprovodnickasvojstva silicijuma

Kristalna strukturasilicijuma

Elektricnaprovodnost

Zonalnareprezentacijaenergetskih nivoa

Dopiranje silicijuma

Elektricnekarakteristikedopiranog silicijuma

pn spoj

Formiranje pn spoja(informativno)

Dopiranje silicijumaSilicijum n i p tipa

Elektricna provodnost silicijuma se može povecatiugradnjom atoma drugih hemijskih elemenata unjegovu kristalnu rešetku.

Atomi koji se ugraduju se nazivaju primesni atomi

(impurities), a sam proces ugradnje se naziva dopiranje

(doping).

Dopiranje se može izvršiti tako da se povecakoncentracija slobodnih elektrona ili šupljina. U prvomslucaju se dopirani silicijum naziva silicijum n-tipa, a udrugom silicijum p-tipa.

Page 24: komponente Poluprovodniˇcka Elektronske komponentemikro.elfak.ni.ac.rs/wp-content/uploads/EK_Predavanja_02.pdf · Predavanja 2016. Elektronske komponente Poluprovodnici Poluprovodniˇcka

Elektronskekomponente

Poluprovodnici

Poluprovodnickasvojstva silicijuma

Kristalna strukturasilicijuma

Elektricnaprovodnost

Zonalnareprezentacijaenergetskih nivoa

Dopiranje silicijuma

Elektricnekarakteristikedopiranog silicijuma

pn spoj

Formiranje pn spoja(informativno)

Dopiranje silicijumaSilicijum n–tipa, donori

Povecanje koncentracije slobodnih elektrona usilicijumu postiže se ugradnjom atoma iz V grupeperiodnog sistema (npr. fosfora) u njegovu kristalnurešetku.

Ovi elementi imaju po 5 valentnih elektrona, od kojih 4ucestvuju u kovalentnim vezama sa susednim atomimasilicijuma.

Peti valentni elektron se prakticno može smatratislobodnim.

Svaki primesni atom dodaje po jedan slobodni elektronsilicijumu pa se ovakvi atomi nazivaju donori.

Page 25: komponente Poluprovodniˇcka Elektronske komponentemikro.elfak.ni.ac.rs/wp-content/uploads/EK_Predavanja_02.pdf · Predavanja 2016. Elektronske komponente Poluprovodnici Poluprovodniˇcka

Elektronskekomponente

Poluprovodnici

Poluprovodnickasvojstva silicijuma

Kristalna strukturasilicijuma

Elektricnaprovodnost

Zonalnareprezentacijaenergetskih nivoa

Dopiranje silicijuma

Elektricnekarakteristikedopiranog silicijuma

pn spoj

Formiranje pn spoja(informativno)

Dopiranje silicijumaModel kristalne rešetke silicijuma sa donorskim primesama.

donorski atom

slobodni elektron

Page 26: komponente Poluprovodniˇcka Elektronske komponentemikro.elfak.ni.ac.rs/wp-content/uploads/EK_Predavanja_02.pdf · Predavanja 2016. Elektronske komponente Poluprovodnici Poluprovodniˇcka

Elektronskekomponente

Poluprovodnici

Poluprovodnickasvojstva silicijuma

Kristalna strukturasilicijuma

Elektricnaprovodnost

Zonalnareprezentacijaenergetskih nivoa

Dopiranje silicijuma

Elektricnekarakteristikedopiranog silicijuma

pn spoj

Formiranje pn spoja(informativno)

Dopiranje silicijumaSilicijum p–tipa, akceptori

Povecanje koncentracije šupljina u silicijumu postiže seugradnjom atoma iz III grupe periodnog sistema (npr.bora) u njegovu kristalnu rešetku.

Ovi elementi imaju po 3 valentna elektrona i sviucestvuju u kovalentnim vezama sa susednim atomimasilicijuma.

Jedna kovalentna veza, zbog nedostatka cetvrtogelektrona, ostaje neformirana, pa se može smatrati dana tom mestu postoji šupljina.

Svaki primesni atom „oduzima“ po jedan elektronsilicijumu pa se ovakvi atomi nazivaju akceptori.

Page 27: komponente Poluprovodniˇcka Elektronske komponentemikro.elfak.ni.ac.rs/wp-content/uploads/EK_Predavanja_02.pdf · Predavanja 2016. Elektronske komponente Poluprovodnici Poluprovodniˇcka

Elektronskekomponente

Poluprovodnici

Poluprovodnickasvojstva silicijuma

Kristalna strukturasilicijuma

Elektricnaprovodnost

Zonalnareprezentacijaenergetskih nivoa

Dopiranje silicijuma

Elektricnekarakteristikedopiranog silicijuma

pn spoj

Formiranje pn spoja(informativno)

Dopiranje silicijumaModel kristalne rešetke silicijuma sa akceptorskim primesama.

akceptorski atom

šupljina

Page 28: komponente Poluprovodniˇcka Elektronske komponentemikro.elfak.ni.ac.rs/wp-content/uploads/EK_Predavanja_02.pdf · Predavanja 2016. Elektronske komponente Poluprovodnici Poluprovodniˇcka

Elektronskekomponente

Poluprovodnici

Poluprovodnickasvojstva silicijuma

Kristalna strukturasilicijuma

Elektricnaprovodnost

Zonalnareprezentacijaenergetskih nivoa

Dopiranje silicijuma

Elektricnekarakteristikedopiranog silicijuma

pn spoj

Formiranje pn spoja(informativno)

Dopiranje silicijumaSpecificna elektricna otpornost dopiranog silicijuma

Page 29: komponente Poluprovodniˇcka Elektronske komponentemikro.elfak.ni.ac.rs/wp-content/uploads/EK_Predavanja_02.pdf · Predavanja 2016. Elektronske komponente Poluprovodnici Poluprovodniˇcka

Elektronskekomponente

Poluprovodnici

Poluprovodnickasvojstva silicijuma

Kristalna strukturasilicijuma

Elektricnaprovodnost

Zonalnareprezentacijaenergetskih nivoa

Dopiranje silicijuma

Elektricnekarakteristikedopiranog silicijuma

pn spoj

Formiranje pn spoja(informativno)

Dopiranje silicijumaVecinski i manjinski nosioci naelektrisanja

Specificna elektricna otpornost silicijuma se možepromeniti unošenjem primesnih atoma (donora iliakceptora).

Silicijum n–tipa ima višak elektrona. Elektroni suvecinski, a šupljine manjinski nosioci naelektrisanja.

Silicijum p–tipa ima višak šupljina. Šupljine su vecinski,a elektroni manjinski nosioci naelektrisanja.

Treba primetiti da primesni atomi znacajno uticu na pove-canje koncentracije slobodnih nosilaca naelektrisanja u silici-jumu u odnosu na koncentraciju sopstvenih nosilaca. Tipicno,silicijum se dopira primesnim atomima u opsegu koncentra-cija 1014

÷ 1021cm−3.

Page 30: komponente Poluprovodniˇcka Elektronske komponentemikro.elfak.ni.ac.rs/wp-content/uploads/EK_Predavanja_02.pdf · Predavanja 2016. Elektronske komponente Poluprovodnici Poluprovodniˇcka

Elektronskekomponente

Poluprovodnici

Poluprovodnickasvojstva silicijuma

Kristalna strukturasilicijuma

Elektricnaprovodnost

Zonalnareprezentacijaenergetskih nivoa

Dopiranje silicijuma

Elektricnekarakteristikedopiranog silicijuma

pn spoj

Formiranje pn spoja(informativno)

Dopiranje silicijumaKoncentracije vecinskih i manjinskih nosilaca naelektrisanja utermodinamickoj ravnoteži

Ako je koncentracija primesnih atoma u silicijumun–tipa ND, onda je broj slobodnih elektrona n0 ≃ ND:

n0p0 = NDp0 = n2i (4)

Ako je koncentracija primesnih atoma u silicijumup–tipa NA, onda je broj slobodnih šupljina p0 ≃ NA:

n0p0 = n0NA = n2i (5)

Page 31: komponente Poluprovodniˇcka Elektronske komponentemikro.elfak.ni.ac.rs/wp-content/uploads/EK_Predavanja_02.pdf · Predavanja 2016. Elektronske komponente Poluprovodnici Poluprovodniˇcka

Elektronskekomponente

Poluprovodnici

Poluprovodnickasvojstva silicijuma

Kristalna strukturasilicijuma

Elektricnaprovodnost

Zonalnareprezentacijaenergetskih nivoa

Dopiranje silicijuma

Elektricnekarakteristikedopiranog silicijuma

pn spoj

Formiranje pn spoja(informativno)

Dopiranje silicijumaKoncentracije vecinskih i manjinskih nosilaca naelektrisanja utermodinamickoj ravnoteži - primer

Na T = 300K je ni ≃ 1× 1010 cm−3.

Ako je ND = 5× 1015 cm−3, onda je broj šupljina:

p0 =n2

i

ND

=1× 1020

5× 1015= 2× 104 cm−3

Ako je NA = 2× 1016 cm−3, onda je broj elektrona:

n0 =n2

i

NA

=1× 1020

2× 1016= 5× 103 cm−3

Page 32: komponente Poluprovodniˇcka Elektronske komponentemikro.elfak.ni.ac.rs/wp-content/uploads/EK_Predavanja_02.pdf · Predavanja 2016. Elektronske komponente Poluprovodnici Poluprovodniˇcka

Elektronskekomponente

Poluprovodnici

Poluprovodnickasvojstva silicijuma

Kristalna strukturasilicijuma

Elektricnaprovodnost

Zonalnareprezentacijaenergetskih nivoa

Dopiranje silicijuma

Elektricnekarakteristikedopiranog silicijuma

pn spoj

Formiranje pn spoja(informativno)

Elektricne karakteristikeDejstvo spoljašnjeg napona

Pod dejstvom spoljašnjeg napona, unutar silicijuma se uspos-tavlja elektricno polje, koje stvara usmereno kretanje slobod-nih nosilaca naelektrisanja.

Kretanje slobodnih nosilaca naelektrisanja unutar silicijumapod dejstvom spoljašnjeg elektricnog polja naziva se drift (drift).

Page 33: komponente Poluprovodniˇcka Elektronske komponentemikro.elfak.ni.ac.rs/wp-content/uploads/EK_Predavanja_02.pdf · Predavanja 2016. Elektronske komponente Poluprovodnici Poluprovodniˇcka

Elektronskekomponente

Poluprovodnici

Poluprovodnickasvojstva silicijuma

Kristalna strukturasilicijuma

Elektricnaprovodnost

Zonalnareprezentacijaenergetskih nivoa

Dopiranje silicijuma

Elektricnekarakteristikedopiranog silicijuma

pn spoj

Formiranje pn spoja(informativno)

Elektricne karakteristikeDriftovske brzine elektrona i šupljina, pokretljivost

Unutra silicijuma elektroni i šupljine se, pod dejstvom elek-tricnog polja ~E, krecu driftovskim brzinama:

~vdn = −µn~E , (6)

~vdp = µp~E . (7)

Velicine µn i µp predstavljaju pokretljivost (mobility) elektronai šupljina, respektivno. Jedinica za pokretljivost je cm2 V−1 s−1.Pokretljivost generalno opada sa porastom temperature i kon-centracije primesa. Pokretljivost šupljina je, za istu koncentra-

ciju primesa i temperaturu, tipicno 2–3 puta manja od pokret-

ljivosti elektrona!

Page 34: komponente Poluprovodniˇcka Elektronske komponentemikro.elfak.ni.ac.rs/wp-content/uploads/EK_Predavanja_02.pdf · Predavanja 2016. Elektronske komponente Poluprovodnici Poluprovodniˇcka

Elektronskekomponente

Poluprovodnici

Poluprovodnickasvojstva silicijuma

Kristalna strukturasilicijuma

Elektricnaprovodnost

Zonalnareprezentacijaenergetskih nivoa

Dopiranje silicijuma

Elektricnekarakteristikedopiranog silicijuma

pn spoj

Formiranje pn spoja(informativno)

Elektricne karakteristikeSpecificna elektricna otpornost i Omov zakon

Specificna elektricna otpornost je:

ρ =1

q(µnn+µpp)(Ω cm) , (8)

pri cemu su n i p koncentracije slobodnih elektrona i šupljina,respektivno (q= 1.6× 10−19 C). Jacina struje kroz silicijum I

je proporcionalna spoljašnjem naponu V:

I

S=

1

ρ·

V

l, (9)

pri cemu je S poprecni presek, a l dužina komada silicijuma.

Page 35: komponente Poluprovodniˇcka Elektronske komponentemikro.elfak.ni.ac.rs/wp-content/uploads/EK_Predavanja_02.pdf · Predavanja 2016. Elektronske komponente Poluprovodnici Poluprovodniˇcka

Elektronskekomponente

Poluprovodnici

Poluprovodnickasvojstva silicijuma

Kristalna strukturasilicijuma

Elektricnaprovodnost

Zonalnareprezentacijaenergetskih nivoa

Dopiranje silicijuma

Elektricnekarakteristikedopiranog silicijuma

pn spoj

Formiranje pn spoja(informativno)

pn spojpn (ili p-n) Junction

Dva komada silicijuma koji su uniformno dopirani akceptor-skim i donorskim primesama koncentracija NA i ND, respek-tivno.

Neka je NA > ND.

Page 36: komponente Poluprovodniˇcka Elektronske komponentemikro.elfak.ni.ac.rs/wp-content/uploads/EK_Predavanja_02.pdf · Predavanja 2016. Elektronske komponente Poluprovodnici Poluprovodniˇcka

Elektronskekomponente

Poluprovodnici

Poluprovodnickasvojstva silicijuma

Kristalna strukturasilicijuma

Elektricnaprovodnost

Zonalnareprezentacijaenergetskih nivoa

Dopiranje silicijuma

Elektricnekarakteristikedopiranog silicijuma

pn spoj

Formiranje pn spoja(informativno)

pn spojMetalurški spoj (Metalurgical Junction)

Silicijum p–tipa i silicijum n–tipa se spajaju.

Zamišljena linija dodira predstavlja metalurški spoj.

Page 37: komponente Poluprovodniˇcka Elektronske komponentemikro.elfak.ni.ac.rs/wp-content/uploads/EK_Predavanja_02.pdf · Predavanja 2016. Elektronske komponente Poluprovodnici Poluprovodniˇcka

Elektronskekomponente

Poluprovodnici

Poluprovodnickasvojstva silicijuma

Kristalna strukturasilicijuma

Elektricnaprovodnost

Zonalnareprezentacijaenergetskih nivoa

Dopiranje silicijuma

Elektricnekarakteristikedopiranog silicijuma

pn spoj

Formiranje pn spoja(informativno)

pn spoj

---------

---------

+

+

+

+

+

+

+

+

+

+

+

+

+

+

+

+

+

+

+

+

+

+

+

+

+

+

+

n-oblastp-oblast

metalurški

spoj

osiromašena oblast Wd

negativni

akceptorski

joni

pozitivni

donorski

joni

IDiff

IDrift

0-xp xn

Page 38: komponente Poluprovodniˇcka Elektronske komponentemikro.elfak.ni.ac.rs/wp-content/uploads/EK_Predavanja_02.pdf · Predavanja 2016. Elektronske komponente Poluprovodnici Poluprovodniˇcka

Elektronskekomponente

Poluprovodnici

Poluprovodnickasvojstva silicijuma

Kristalna strukturasilicijuma

Elektricnaprovodnost

Zonalnareprezentacijaenergetskih nivoa

Dopiranje silicijuma

Elektricnekarakteristikedopiranog silicijuma

pn spoj

Formiranje pn spoja(informativno)

pn spojFormiranje osiromašene oblasti

Elektroni iz n-oblasti prelaze u p-oblast, ostavljajuci zasobom pozitivno naelektrisane donorske jone.

Unutar p-oblasti elektroni se rekombinuju sašupljinama, tako da se formiraju negativnonaelektrisani akceptorski joni (ovaj proces se elektricnomože posmatrati kao da su šupljine prešle iz p-oblasti un-oblast, ostavljajuci za sobom negativno naelektrisaneakceptorske jone).

Joni su fiksirani unutar kristalne rešetke i elektricnopredstavljaju razdvojena naelektrisanja. Zbog toga se uokolini p-n spoja formira elektricno polje.

Elektricno polje je usmereno tako da se suprotstavljadaljem kretanju elektrona iz n-oblasti u p-oblast.

Page 39: komponente Poluprovodniˇcka Elektronske komponentemikro.elfak.ni.ac.rs/wp-content/uploads/EK_Predavanja_02.pdf · Predavanja 2016. Elektronske komponente Poluprovodnici Poluprovodniˇcka

Elektronskekomponente

Poluprovodnici

Poluprovodnickasvojstva silicijuma

Kristalna strukturasilicijuma

Elektricnaprovodnost

Zonalnareprezentacijaenergetskih nivoa

Dopiranje silicijuma

Elektricnekarakteristikedopiranog silicijuma

pn spoj

Formiranje pn spoja(informativno)

pn spojDifuzija, ugradeno polje

Kretanje elektrona i šupljina na pn spoju nastaje usledgradijenta koncentracije (koncentracija elektrona jeveca u n–oblasti negou u p–oblasti; koncentracijašupljina je veca u p–oblasti nego u n–oblasti)

Kretanje slobodnih nosilaca naelektrisanja usledpostojanja gradijenta koncentracije naziva se difuzija

(diffusion).

Oblast u kojoj su ostali samo joni naziva se osiromašena

oblast (depletion region), jer u njoj nema slobodnihnosilaca naelektrisanja.

Elektricno polje na osiromašenoj oblasti naziva seugradeno polje.

Page 40: komponente Poluprovodniˇcka Elektronske komponentemikro.elfak.ni.ac.rs/wp-content/uploads/EK_Predavanja_02.pdf · Predavanja 2016. Elektronske komponente Poluprovodnici Poluprovodniˇcka

Elektronskekomponente

Poluprovodnici

Poluprovodnickasvojstva silicijuma

Kristalna strukturasilicijuma

Elektricnaprovodnost

Zonalnareprezentacijaenergetskih nivoa

Dopiranje silicijuma

Elektricnekarakteristikedopiranog silicijuma

pn spoj

Formiranje pn spoja(informativno)

pn spojDifuzona i driftovska struja

Kretanje slobodnih nosilaca naelektrisanja usledpostojanja gradijenta koncentracije stvara difuzionustruju IDiff .

Unutar osiromašene oblasti dešava se termalnageneracija slobodnih nosilaca naelektrisanja: unutar p–oblasti generišu se elektroni; pod dejstvom

ugradenog elektricnog polja oni prelaze u n–oblast. unutar n–oblasti generišu se šupljine; pod dejstvom

ugradenog elektricnog polja one prelaze u p–oblast.

Kretanje termalno generisanih slobodnih nosilacanaelektrisanja usled postojanja ugradenog elektricnogpolja stvara driftovsku struju IDrift.

Sistem ulazi u termicku ravnotežu kada je:

IDiff = IDrift

Page 41: komponente Poluprovodniˇcka Elektronske komponentemikro.elfak.ni.ac.rs/wp-content/uploads/EK_Predavanja_02.pdf · Predavanja 2016. Elektronske komponente Poluprovodnici Poluprovodniˇcka

Elektronskekomponente

Poluprovodnici

Poluprovodnickasvojstva silicijuma

Kristalna strukturasilicijuma

Elektricnaprovodnost

Zonalnareprezentacijaenergetskih nivoa

Dopiranje silicijuma

Elektricnekarakteristikedopiranog silicijuma

pn spoj

Formiranje pn spoja(informativno)

pn spojUgradeni napon (Built–in Voltage)

Ugradeno elektricno polje stvara na osiromašenoj oblasti po-tencijalnu barijeru, koja se može izraziti kao napon:

Vbi =kT

qln

NDNA

n2i

= Vt ln

NDNA

n2i

. (10)

Napon Vbi naziva se ugradeni napon pn spoja. Napon Vt na-ziva se termicki napon:

Vt =kT

q, (11)

pri cemu je k= 1.38× 10−23 J K−1 Bolcmanova konstanta. NaT = 300K je Vt ≃ 26mV.

Page 42: komponente Poluprovodniˇcka Elektronske komponentemikro.elfak.ni.ac.rs/wp-content/uploads/EK_Predavanja_02.pdf · Predavanja 2016. Elektronske komponente Poluprovodnici Poluprovodniˇcka

Elektronskekomponente

Poluprovodnici

Poluprovodnickasvojstva silicijuma

Kristalna strukturasilicijuma

Elektricnaprovodnost

Zonalnareprezentacijaenergetskih nivoa

Dopiranje silicijuma

Elektricnekarakteristikedopiranog silicijuma

pn spoj

Formiranje pn spoja(informativno)

pn spojŠirina osiromašene oblasti

Osiromašena oblast nije simetricna u odnosu na metalurškispoj. Šira je na onoj strani na kojoj je koncentracija primesnihatoma manja. Ukupna širina osiromašene oblasti je:

Wd =

√2ǫs

q

1

NA

+1

ND

Vbi, (12)

gde je ǫs = ǫ0 × ǫSi = 1.04× 10−12 F cm−1 dielektricna kons-tanta silicijuma (ǫ0 = 8.85× 10−14 F cm−1 – dielektricna kons-tanta vakuuma, a ǫSi = 11,8 – relativna dielektricna kons-tanta silicijuma).

Page 43: komponente Poluprovodniˇcka Elektronske komponentemikro.elfak.ni.ac.rs/wp-content/uploads/EK_Predavanja_02.pdf · Predavanja 2016. Elektronske komponente Poluprovodnici Poluprovodniˇcka

Elektronskekomponente

Poluprovodnici

Poluprovodnickasvojstva silicijuma

Kristalna strukturasilicijuma

Elektricnaprovodnost

Zonalnareprezentacijaenergetskih nivoa

Dopiranje silicijuma

Elektricnekarakteristikedopiranog silicijuma

pn spoj

Formiranje pn spoja(informativno)

Formiranje pn spojaSilicijumski supstrat

Ingot

Homogeno je dopiran primesama (npr. n–tipa).

Page 44: komponente Poluprovodniˇcka Elektronske komponentemikro.elfak.ni.ac.rs/wp-content/uploads/EK_Predavanja_02.pdf · Predavanja 2016. Elektronske komponente Poluprovodnici Poluprovodniˇcka

Elektronskekomponente

Poluprovodnici

Poluprovodnickasvojstva silicijuma

Kristalna strukturasilicijuma

Elektricnaprovodnost

Zonalnareprezentacijaenergetskih nivoa

Dopiranje silicijuma

Elektricnekarakteristikedopiranog silicijuma

pn spoj

Formiranje pn spoja(informativno)

Formiranje pn spojaOksidacija

n-supstrat

SiO2

dox

Sloj silicijum–dioksida (SiO2) na supstratu.

Page 45: komponente Poluprovodniˇcka Elektronske komponentemikro.elfak.ni.ac.rs/wp-content/uploads/EK_Predavanja_02.pdf · Predavanja 2016. Elektronske komponente Poluprovodnici Poluprovodniˇcka

Elektronskekomponente

Poluprovodnici

Poluprovodnickasvojstva silicijuma

Kristalna strukturasilicijuma

Elektricnaprovodnost

Zonalnareprezentacijaenergetskih nivoa

Dopiranje silicijuma

Elektricnekarakteristikedopiranog silicijuma

pn spoj

Formiranje pn spoja(informativno)

Formiranje pn spojaFotolitografija

n-supstrat n-supstrat

SiO2SiO2

fotorezist fotorezist

fotomaska

ekspozicija

Nanošenje fotorezista (levo) i maskiranje i ekspozicija (desno).

Page 46: komponente Poluprovodniˇcka Elektronske komponentemikro.elfak.ni.ac.rs/wp-content/uploads/EK_Predavanja_02.pdf · Predavanja 2016. Elektronske komponente Poluprovodnici Poluprovodniˇcka

Elektronskekomponente

Poluprovodnici

Poluprovodnickasvojstva silicijuma

Kristalna strukturasilicijuma

Elektricnaprovodnost

Zonalnareprezentacijaenergetskih nivoa

Dopiranje silicijuma

Elektricnekarakteristikedopiranog silicijuma

pn spoj

Formiranje pn spoja(informativno)

Formiranje pn spojaFotolitografija

n-supstrat n-supstrat

SiO2SiO2

fotorezist fotorezist

Nagrizanje fotorezista (levo) i silicijum–dioksida (desno).

Page 47: komponente Poluprovodniˇcka Elektronske komponentemikro.elfak.ni.ac.rs/wp-content/uploads/EK_Predavanja_02.pdf · Predavanja 2016. Elektronske komponente Poluprovodnici Poluprovodniˇcka

Elektronskekomponente

Poluprovodnici

Poluprovodnickasvojstva silicijuma

Kristalna strukturasilicijuma

Elektricnaprovodnost

Zonalnareprezentacijaenergetskih nivoa

Dopiranje silicijuma

Elektricnekarakteristikedopiranog silicijuma

pn spoj

Formiranje pn spoja(informativno)

Formiranje pn spojaFotolitografija

n-supstrat

SiO2

Struktura nakon završenog fotolitografskog postupka.

Page 48: komponente Poluprovodniˇcka Elektronske komponentemikro.elfak.ni.ac.rs/wp-content/uploads/EK_Predavanja_02.pdf · Predavanja 2016. Elektronske komponente Poluprovodnici Poluprovodniˇcka

Elektronskekomponente

Poluprovodnici

Poluprovodnickasvojstva silicijuma

Kristalna strukturasilicijuma

Elektricnaprovodnost

Zonalnareprezentacijaenergetskih nivoa

Dopiranje silicijuma

Elektricnekarakteristikedopiranog silicijuma

pn spoj

Formiranje pn spoja(informativno)

Formiranje pn spojaJonska implantacija

n-supstrat

SiO2

sloj implantiranih jona

snop jona

Proces ubacivanja primesa u obliku jona u silicijum.

Page 49: komponente Poluprovodniˇcka Elektronske komponentemikro.elfak.ni.ac.rs/wp-content/uploads/EK_Predavanja_02.pdf · Predavanja 2016. Elektronske komponente Poluprovodnici Poluprovodniˇcka

Elektronskekomponente

Poluprovodnici

Poluprovodnickasvojstva silicijuma

Kristalna strukturasilicijuma

Elektricnaprovodnost

Zonalnareprezentacijaenergetskih nivoa

Dopiranje silicijuma

Elektricnekarakteristikedopiranog silicijuma

pn spoj

Formiranje pn spoja(informativno)

Formiranje pn spojaDifuzija

n-supstrat

SiO2

p-difuzija

p-n spoj

xj

0,7xj

x

Tokom procesa difuzije dolazi do redistribucije primesnih atomakoji su uneti jonskom implantacijom u dubinu supstrata.

Page 50: komponente Poluprovodniˇcka Elektronske komponentemikro.elfak.ni.ac.rs/wp-content/uploads/EK_Predavanja_02.pdf · Predavanja 2016. Elektronske komponente Poluprovodnici Poluprovodniˇcka

Elektronskekomponente

Poluprovodnici

Poluprovodnickasvojstva silicijuma

Kristalna strukturasilicijuma

Elektricnaprovodnost

Zonalnareprezentacijaenergetskih nivoa

Dopiranje silicijuma

Elektricnekarakteristikedopiranog silicijuma

pn spoj

Formiranje pn spoja(informativno)

Formiranje pn spojaProfil primesa na pn spoju

1019

1018

1017

1016

1015

1014

1013

1012

1011

0 0,2 0,4 0,6 0,8 1,0 1,2 1,4 1,6 1,8 2,0

x (µm)

Kon

cen

traci

ja p

rim

esa

(cm

-3)

p

n

xj

fosfor (n-supstrat)

bor (p-difuzija)

neto koncentracija

Page 51: komponente Poluprovodniˇcka Elektronske komponentemikro.elfak.ni.ac.rs/wp-content/uploads/EK_Predavanja_02.pdf · Predavanja 2016. Elektronske komponente Poluprovodnici Poluprovodniˇcka

Elektronskekomponente

Poluprovodnici

Poluprovodnickasvojstva silicijuma

Kristalna strukturasilicijuma

Elektricnaprovodnost

Zonalnareprezentacijaenergetskih nivoa

Dopiranje silicijuma

Elektricnekarakteristikedopiranog silicijuma

pn spoj

Formiranje pn spoja(informativno)

Formiranje pn spojaMetalizacija

n-supstrat

SiO2

p-difuzija

metal

metal

n+

Page 52: komponente Poluprovodniˇcka Elektronske komponentemikro.elfak.ni.ac.rs/wp-content/uploads/EK_Predavanja_02.pdf · Predavanja 2016. Elektronske komponente Poluprovodnici Poluprovodniˇcka

Elektronskekomponente

Poluprovodnici

Poluprovodnickasvojstva silicijuma

Kristalna strukturasilicijuma

Elektricnaprovodnost

Zonalnareprezentacijaenergetskih nivoa

Dopiranje silicijuma

Elektricnekarakteristikedopiranog silicijuma

pn spoj

Formiranje pn spoja(informativno)

Formiranje pn spojaPasivizacija

n-supstrat

SiO2

p-difuzija

metal

metal

n+

CVD oksid

CVD — Chemical Vapour Deposition.

Page 53: komponente Poluprovodniˇcka Elektronske komponentemikro.elfak.ni.ac.rs/wp-content/uploads/EK_Predavanja_02.pdf · Predavanja 2016. Elektronske komponente Poluprovodnici Poluprovodniˇcka

Elektronskekomponente

Poluprovodnici

Poluprovodnickasvojstva silicijuma

Kristalna strukturasilicijuma

Elektricnaprovodnost

Zonalnareprezentacijaenergetskih nivoa

Dopiranje silicijuma

Elektricnekarakteristikedopiranog silicijuma

pn spoj

Formiranje pn spoja(informativno)

Formiranje pn spojaPlocica (wafer) nakon procesiranja

Page 54: komponente Poluprovodniˇcka Elektronske komponentemikro.elfak.ni.ac.rs/wp-content/uploads/EK_Predavanja_02.pdf · Predavanja 2016. Elektronske komponente Poluprovodnici Poluprovodniˇcka

Elektronskekomponente

Poluprovodnici

Poluprovodnickasvojstva silicijuma

Kristalna strukturasilicijuma

Elektricnaprovodnost

Zonalnareprezentacijaenergetskih nivoa

Dopiranje silicijuma

Elektricnekarakteristikedopiranog silicijuma

pn spoj

Formiranje pn spoja(informativno)

Formiranje pn spojaEnkapsulacija

Page 55: komponente Poluprovodniˇcka Elektronske komponentemikro.elfak.ni.ac.rs/wp-content/uploads/EK_Predavanja_02.pdf · Predavanja 2016. Elektronske komponente Poluprovodnici Poluprovodniˇcka

Elektronskekomponente

Poluprovodnici

Poluprovodnickasvojstva silicijuma

Kristalna strukturasilicijuma

Elektricnaprovodnost

Zonalnareprezentacijaenergetskih nivoa

Dopiranje silicijuma

Elektricnekarakteristikedopiranog silicijuma

pn spoj

Formiranje pn spoja(informativno)

Formiranje pn spoja

Sortiranje prema elektricnim karakteristikama.

Obeležavanje.

Grupno pakovanje.

Na osnovu rezultata testova komponente se sortiraju u pod-grupe i obeležavaju na odgovarajuci nacin, tipicno sufiksomu nazivu (npr. bipolarni tranzistor BC547 se pojavljuje kaoBC547A, BC547B i BC457C). Glavna razlika izmedu podgrupaje u opsegu vrednosti pojedinih kriticnih elektricnih parame-tara. Što je opseg širi, to je vece rasipanje parametara (manufacturingspread) unutar jedne podgrupe, tj. komponenta je, uslovnoreceno, manje prihvatljiva za zahtevnije primene. Tipican pri-mer je klasifikacija mikroprocesora u racunarskoj industriji.

Page 56: komponente Poluprovodniˇcka Elektronske komponentemikro.elfak.ni.ac.rs/wp-content/uploads/EK_Predavanja_02.pdf · Predavanja 2016. Elektronske komponente Poluprovodnici Poluprovodniˇcka

Elektronskekomponente

Poluprovodnici

Poluprovodnickasvojstva silicijuma

Kristalna strukturasilicijuma

Elektricnaprovodnost

Zonalnareprezentacijaenergetskih nivoa

Dopiranje silicijuma

Elektricnekarakteristikedopiranog silicijuma

pn spoj

Formiranje pn spoja(informativno)

Završne napomeneDodatna literatura

Z. Prijic, A. Prijic, Uvod u poluprovodnicke komponente i

njihovu primenu, Elektronski fakultet u Nišu, 2014.(ISBN: 978-86-6125-107-8)Mole se studenti prve godine da procitaju Predgovor, u kome je naznaceno

koji deo materijala se odnosi na predmet ELEKTRONSKE KOMPONENTE.

T. Floyd, Electronic Devices (Conventonal Current

Version), 9th ed., Pearson, 2013. (ISBN: 1292025646)

Napomena: Prikazane elektricne šeme ne ukljucuju sve deta-lje i mogu se koristiti iskljucivo u obrazovne svrhe.

Page 57: komponente Poluprovodniˇcka Elektronske komponentemikro.elfak.ni.ac.rs/wp-content/uploads/EK_Predavanja_02.pdf · Predavanja 2016. Elektronske komponente Poluprovodnici Poluprovodniˇcka

Elektronskekomponente

Diode

Princip radaDirektna polarizacija

Inverzna polarizacija

Proboj

Uticaj temperature

Radna tacka

Tipovi diodaIspravljacke diode

Prekidacke diode

Zener diode

TVS diode (informativno)

Šotkijeve diode

Varikap diode

LE diode

Fotodiode

Elektronske komponenteDiode

Z. Prijic, D. Mancic

Univerzitet u NišuElektronski fakultet u Nišu

Predavanja 2016.

Page 58: komponente Poluprovodniˇcka Elektronske komponentemikro.elfak.ni.ac.rs/wp-content/uploads/EK_Predavanja_02.pdf · Predavanja 2016. Elektronske komponente Poluprovodnici Poluprovodniˇcka

Elektronskekomponente

Diode

Princip radaDirektna polarizacija

Inverzna polarizacija

Proboj

Uticaj temperature

Radna tacka

Tipovi diodaIspravljacke diode

Prekidacke diode

Zener diode

TVS diode (informativno)

Šotkijeve diode

Varikap diode

LE diode

Fotodiode

DiodeDefinicija

Dioda je naziv za poluprovodnicku komponentu koja ima dvaprikljucka, anodu i katodu. Elektricni simbol diode:

Anoda Katoda

D

Uobicajena slovna oznaka za diodu u elektricnim šemama jeD.U poluprovodnickoj tehnologiji dioda predstavlja pn spoj. Iz-vod anode je na p–oblasti, a katode na n–oblasti1.

1Videti: Poluprovodnicka svojstva silicijuma — pn spoj

Page 59: komponente Poluprovodniˇcka Elektronske komponentemikro.elfak.ni.ac.rs/wp-content/uploads/EK_Predavanja_02.pdf · Predavanja 2016. Elektronske komponente Poluprovodnici Poluprovodniˇcka

Elektronskekomponente

Diode

Princip radaDirektna polarizacija

Inverzna polarizacija

Proboj

Uticaj temperature

Radna tacka

Tipovi diodaIspravljacke diode

Prekidacke diode

Zener diode

TVS diode (informativno)

Šotkijeve diode

Varikap diode

LE diode

Fotodiode

Sadržaj

Princip radaDirektna polarizacijaInverzna polarizacijaProbojUticaj temperatureRadna tacka

Tipovi diodaIspravljacke diodePrekidacke diodeZener diodeTVS diode (informativno)Šotkijeve diodeVarikap diodeLE diodeFotodiode

Page 60: komponente Poluprovodniˇcka Elektronske komponentemikro.elfak.ni.ac.rs/wp-content/uploads/EK_Predavanja_02.pdf · Predavanja 2016. Elektronske komponente Poluprovodnici Poluprovodniˇcka

Elektronskekomponente

Diode

Princip radaDirektna polarizacija

Inverzna polarizacija

Proboj

Uticaj temperature

Radna tacka

Tipovi diodaIspravljacke diode

Prekidacke diode

Zener diode

TVS diode (informativno)

Šotkijeve diode

Varikap diode

LE diode

Fotodiode

DiodeDirektna polarizacija

Direktna polarizacija diode predstavlja dovodenje spoljašnjegnapona na njene prikljucke tako da je pozitivan kraj naponana anodi, a negativan na katodi.

D1

VF

ID

Page 61: komponente Poluprovodniˇcka Elektronske komponentemikro.elfak.ni.ac.rs/wp-content/uploads/EK_Predavanja_02.pdf · Predavanja 2016. Elektronske komponente Poluprovodnici Poluprovodniˇcka

Elektronskekomponente

Diode

Princip radaDirektna polarizacija

Inverzna polarizacija

Proboj

Uticaj temperature

Radna tacka

Tipovi diodaIspravljacke diode

Prekidacke diode

Zener diode

TVS diode (informativno)

Šotkijeve diode

Varikap diode

LE diode

Fotodiode

DiodeDirektna polarizacija

Spoljašnji napon generiše elektricno polje koje je suprot-nog smera od ugradenog elektricnog polja pn spoja.

Pod dejstvom tog polja elektroni iz n–oblasti se krecu kapn spoju i pri tom nailaze na deo osiromašene oblasti kojise sastoji od pozitivnih donorskih jona koje neutralizuju.

S druge strane, šupljine iz p–oblasti se takode krecu kapn spoju i pri tom nailaze na deo osiromašene oblasti kojise sastoji od negativnih akceptorskih jona, koje takodeneutralizuju.

Na taj nacin se ukupna osiromašena oblast sužava, pa sesamim tim smanjuje i ugradeno elektricno polje!

Page 62: komponente Poluprovodniˇcka Elektronske komponentemikro.elfak.ni.ac.rs/wp-content/uploads/EK_Predavanja_02.pdf · Predavanja 2016. Elektronske komponente Poluprovodnici Poluprovodniˇcka

Elektronskekomponente

Diode

Princip radaDirektna polarizacija

Inverzna polarizacija

Proboj

Uticaj temperature

Radna tacka

Tipovi diodaIspravljacke diode

Prekidacke diode

Zener diode

TVS diode (informativno)

Šotkijeve diode

Varikap diode

LE diode

Fotodiode

DiodeDirektna polarizacija

Page 63: komponente Poluprovodniˇcka Elektronske komponentemikro.elfak.ni.ac.rs/wp-content/uploads/EK_Predavanja_02.pdf · Predavanja 2016. Elektronske komponente Poluprovodnici Poluprovodniˇcka

Elektronskekomponente

Diode

Princip radaDirektna polarizacija

Inverzna polarizacija

Proboj

Uticaj temperature

Radna tacka

Tipovi diodaIspravljacke diode

Prekidacke diode

Zener diode

TVS diode (informativno)

Šotkijeve diode

Varikap diode

LE diode

Fotodiode

DiodeDirektna polarizacija

Smanjenje ugradenog elektricnog polja omogucava daviše šupljina iz p–oblasti prede u n–oblast, a da više elek-trona iz n–oblasti prede u p–oblast. Ovaj proces se nazivainjekcija manjinskih nosilaca.

Na granicama (sada sužene) osiromašene oblasti poja-vljuju se natkoncentracije elektrona i šupljina, koje suznatno vece od ravnotežnih vrednosti.

Pojava natkoncentracija manjinskih nosilaca uzrokuje po-javu difuzione struje koja je znatno veca nego što je tobilo u stanju termicke ravnoteže. Balans se održava uzpomoc spoljašnjeg napona VF koji daje struju kroz dioduID:

ID = IDiff − IDrift .

Page 64: komponente Poluprovodniˇcka Elektronske komponentemikro.elfak.ni.ac.rs/wp-content/uploads/EK_Predavanja_02.pdf · Predavanja 2016. Elektronske komponente Poluprovodnici Poluprovodniˇcka

Elektronskekomponente

Diode

Princip radaDirektna polarizacija

Inverzna polarizacija

Proboj

Uticaj temperature

Radna tacka

Tipovi diodaIspravljacke diode

Prekidacke diode

Zener diode

TVS diode (informativno)

Šotkijeve diode

Varikap diode

LE diode

Fotodiode

DiodeDirektna polarizacija

n-oblastp-oblast0-xp xn

np0

np(x) pn0

pn(x)

pn(xn)

np(-xp)

np(−xp) i pn(xn) su natkoncentracije nosilaca na granicamaosiromašene oblasti. np0 i pn0 su ravnotežne vrednosti2.

2Definicije su pojednostavljene.

Page 65: komponente Poluprovodniˇcka Elektronske komponentemikro.elfak.ni.ac.rs/wp-content/uploads/EK_Predavanja_02.pdf · Predavanja 2016. Elektronske komponente Poluprovodnici Poluprovodniˇcka

Elektronskekomponente

Diode

Princip radaDirektna polarizacija

Inverzna polarizacija

Proboj

Uticaj temperature

Radna tacka

Tipovi diodaIspravljacke diode

Prekidacke diode

Zener diode

TVS diode (informativno)

Šotkijeve diode

Varikap diode

LE diode

Fotodiode

DiodeDirektna polarizacija

Tokom difuzije unutar p– i n–oblasti dolazi do rekombi-nacije, pa se natkoncentracije np(x) i pn(x) smanjuju i,ako su oblasti dovoljno dugacke, padaju na ravnotežnevrednosti.

Spoljašnji izvor dodaje dovoljno elektrona da bi se ova-kav proces održavao.

Ukupna struja kroz diodu je:

ID = IS

eVFVt − 1

!!! (1)

Struja IS naziva se inverzna struja zasicenja (reverse satu-ration current) diode i zavisi od površine pn spoja, kon-centracije primesa i temperature.

Page 66: komponente Poluprovodniˇcka Elektronske komponentemikro.elfak.ni.ac.rs/wp-content/uploads/EK_Predavanja_02.pdf · Predavanja 2016. Elektronske komponente Poluprovodnici Poluprovodniˇcka

Elektronskekomponente

Diode

Princip radaDirektna polarizacija

Inverzna polarizacija

Proboj

Uticaj temperature

Radna tacka

Tipovi diodaIspravljacke diode

Prekidacke diode

Zener diode

TVS diode (informativno)

Šotkijeve diode

Varikap diode

LE diode

Fotodiode

DiodeDirektna polarizacija: strujno–naponska karakteristika

Page 67: komponente Poluprovodniˇcka Elektronske komponentemikro.elfak.ni.ac.rs/wp-content/uploads/EK_Predavanja_02.pdf · Predavanja 2016. Elektronske komponente Poluprovodnici Poluprovodniˇcka

Elektronskekomponente

Diode

Princip radaDirektna polarizacija

Inverzna polarizacija

Proboj

Uticaj temperature

Radna tacka

Tipovi diodaIspravljacke diode

Prekidacke diode

Zener diode

TVS diode (informativno)

Šotkijeve diode

Varikap diode

LE diode

Fotodiode

DiodeDirektna polarizacija: napon vodenja diode

Znacajna struja pocinje da protice kroz diodu tek kadaspoljašnji napon VF postane blizak vrednosti ugradenognapona pn spoja Vbi!

Nakon toga, struja eksponencijalno raste i za male pro-mene napona VF dobijaju se velike promene struje.

Za primenu u elektronskim kolima definiše se napon vo-

denja diode VD (diode forward voltage). Tipicno, na sob-noj temperaturi se uzima:

VD = 0.7V

Pri direktnoj polarizaciji dioda provodi struju kada je naponna njoj veci od 0.7 V.

Page 68: komponente Poluprovodniˇcka Elektronske komponentemikro.elfak.ni.ac.rs/wp-content/uploads/EK_Predavanja_02.pdf · Predavanja 2016. Elektronske komponente Poluprovodnici Poluprovodniˇcka

Elektronskekomponente

Diode

Princip radaDirektna polarizacija

Inverzna polarizacija

Proboj

Uticaj temperature

Radna tacka

Tipovi diodaIspravljacke diode

Prekidacke diode

Zener diode

TVS diode (informativno)

Šotkijeve diode

Varikap diode

LE diode

Fotodiode

Sadržaj

Princip radaDirektna polarizacijaInverzna polarizacijaProbojUticaj temperatureRadna tacka

Tipovi diodaIspravljacke diodePrekidacke diodeZener diodeTVS diode (informativno)Šotkijeve diodeVarikap diodeLE diodeFotodiode

Page 69: komponente Poluprovodniˇcka Elektronske komponentemikro.elfak.ni.ac.rs/wp-content/uploads/EK_Predavanja_02.pdf · Predavanja 2016. Elektronske komponente Poluprovodnici Poluprovodniˇcka

Elektronskekomponente

Diode

Princip radaDirektna polarizacija

Inverzna polarizacija

Proboj

Uticaj temperature

Radna tacka

Tipovi diodaIspravljacke diode

Prekidacke diode

Zener diode

TVS diode (informativno)

Šotkijeve diode

Varikap diode

LE diode

Fotodiode

DiodeInverzna polarizacija

Inverzna polarizacija diode predstavlja dovodenje spoljašnjegnapona na njene prikljucke tako da je negativan kraj naponana anodi, a pozitivan na katodi.

D1

VR

IS

Page 70: komponente Poluprovodniˇcka Elektronske komponentemikro.elfak.ni.ac.rs/wp-content/uploads/EK_Predavanja_02.pdf · Predavanja 2016. Elektronske komponente Poluprovodnici Poluprovodniˇcka

Elektronskekomponente

Diode

Princip radaDirektna polarizacija

Inverzna polarizacija

Proboj

Uticaj temperature

Radna tacka

Tipovi diodaIspravljacke diode

Prekidacke diode

Zener diode

TVS diode (informativno)

Šotkijeve diode

Varikap diode

LE diode

Fotodiode

DiodeInverzna polarizacija

Spoljašnji napon generiše elektricno polje koje je istogsmera kao ugradeno elektricno polje diode.

Pod dejstvom tog polja šupljine iz p–oblasti napuštajuokolinu pn spoja ostavljajuci za sobom negativne akcep-torske jone.

S druge strane, elektroni iz n–oblasti takode napuštajuokolinu pn spoja ostavljajuci za sobom pozitivne donor-ske jone.

Na taj nacin se ukupna širina osiromašene oblasti pove-cava. ⇒ Povecava se i vrednost ugradenog elektricnogpolja koje sprecava difuziono kretanje nosilaca naelek-trisanja izmedu p– i n– oblasti.

Page 71: komponente Poluprovodniˇcka Elektronske komponentemikro.elfak.ni.ac.rs/wp-content/uploads/EK_Predavanja_02.pdf · Predavanja 2016. Elektronske komponente Poluprovodnici Poluprovodniˇcka

Elektronskekomponente

Diode

Princip radaDirektna polarizacija

Inverzna polarizacija

Proboj

Uticaj temperature

Radna tacka

Tipovi diodaIspravljacke diode

Prekidacke diode

Zener diode

TVS diode (informativno)

Šotkijeve diode

Varikap diode

LE diode

Fotodiode

DiodeInverzna polarizacija

Page 72: komponente Poluprovodniˇcka Elektronske komponentemikro.elfak.ni.ac.rs/wp-content/uploads/EK_Predavanja_02.pdf · Predavanja 2016. Elektronske komponente Poluprovodnici Poluprovodniˇcka

Elektronskekomponente

Diode

Princip radaDirektna polarizacija

Inverzna polarizacija

Proboj

Uticaj temperature

Radna tacka

Tipovi diodaIspravljacke diode

Prekidacke diode

Zener diode

TVS diode (informativno)

Šotkijeve diode

Varikap diode

LE diode

Fotodiode

DiodeInverzna polarizacija

Jedino se, pod uticajem ugradenog elektricnog polja, krecumalobrojni termalno generisani nosioci naelektrisanja, pa jeukupna struja kroz diodu jednaka driftovskoj struji IDrift, od-nosno inverznoj struji zasicenja3 IS:

ID = −IDrift = −IS .

Na sobnoj temperaturi tipicno je reda velicine nA i može sesmatrati nezavisnom od vrednosti spoljašnjeg napona inver-zne polarizacije VR.Može se smatrati da pri inverznoj polarizaciji dioda ne provodistruju. Uobicajeno se kaže da je dioda zakocena.

3Inverzna struja zasicenja naziva se još i struja curenja (leakage current).

Page 73: komponente Poluprovodniˇcka Elektronske komponentemikro.elfak.ni.ac.rs/wp-content/uploads/EK_Predavanja_02.pdf · Predavanja 2016. Elektronske komponente Poluprovodnici Poluprovodniˇcka

Elektronskekomponente

Diode

Princip radaDirektna polarizacija

Inverzna polarizacija

Proboj

Uticaj temperature

Radna tacka

Tipovi diodaIspravljacke diode

Prekidacke diode

Zener diode

TVS diode (informativno)

Šotkijeve diode

Varikap diode

LE diode

Fotodiode

Sadržaj

Princip radaDirektna polarizacijaInverzna polarizacijaProbojUticaj temperatureRadna tacka

Tipovi diodaIspravljacke diodePrekidacke diodeZener diodeTVS diode (informativno)Šotkijeve diodeVarikap diodeLE diodeFotodiode

Page 74: komponente Poluprovodniˇcka Elektronske komponentemikro.elfak.ni.ac.rs/wp-content/uploads/EK_Predavanja_02.pdf · Predavanja 2016. Elektronske komponente Poluprovodnici Poluprovodniˇcka

Elektronskekomponente

Diode

Princip radaDirektna polarizacija

Inverzna polarizacija

Proboj

Uticaj temperature

Radna tacka

Tipovi diodaIspravljacke diode

Prekidacke diode

Zener diode

TVS diode (informativno)

Šotkijeve diode

Varikap diode

LE diode

Fotodiode

DiodeProboj: Zenerov proboj

Povecanje spoljašnjeg napona inverzne polarizacije do-vodi vrednost ugradenog elektricnog polja do granice prikojoj je ono u mogucnosti da raskine kovalentne vezeunutar kristalne rešetke u blizini osiromašene oblasti. Nataj nacin se generišu parovi elektron–šupljina.

Generisani elektroni bivaju prevuceni na n–, a šupljinena p– stranu spoja, povecavajuci naglo struju kroz diodu!Ovaj proces se naziva Zenerov proboj (Zener breakdown).

Page 75: komponente Poluprovodniˇcka Elektronske komponentemikro.elfak.ni.ac.rs/wp-content/uploads/EK_Predavanja_02.pdf · Predavanja 2016. Elektronske komponente Poluprovodnici Poluprovodniˇcka

Elektronskekomponente

Diode

Princip radaDirektna polarizacija

Inverzna polarizacija

Proboj

Uticaj temperature

Radna tacka

Tipovi diodaIspravljacke diode

Prekidacke diode

Zener diode

TVS diode (informativno)

Šotkijeve diode

Varikap diode

LE diode

Fotodiode

DiodeProboj: Lavinski proboj

Pri još višim vrednostima inverzne polarizacije, može sedogoditi da manjinski nosioci koji prolaze kroz osiroma-šenu oblast dostignu dovoljnu kineticku energiju da usudarima sa atomima kristalne rešetke raskidaju kova-lentne veze izmedu njih.

Na ovaj nacin se generišu novi slobodni nosioci koji, opet,imaju dovoljnu kineticku energiju da u sudarima sa dru-gim atomima kristalne rešetke raskidaju kovalentne vezeizmedu njih i stvaraju još slobodnih nosilaca.

Rezultat je opet naglo povecanje struje kroz diodu. Pro-ces je kumulativan i zato se naziva lavinski proboj

(avalanche breakdown).

Page 76: komponente Poluprovodniˇcka Elektronske komponentemikro.elfak.ni.ac.rs/wp-content/uploads/EK_Predavanja_02.pdf · Predavanja 2016. Elektronske komponente Poluprovodnici Poluprovodniˇcka

Elektronskekomponente

Diode

Princip radaDirektna polarizacija

Inverzna polarizacija

Proboj

Uticaj temperature

Radna tacka

Tipovi diodaIspravljacke diode

Prekidacke diode

Zener diode

TVS diode (informativno)

Šotkijeve diode

Varikap diode

LE diode

Fotodiode

DiodeStrujno–naponska karakteristika pri inverznoj polarizaciji i lavinskomproboju

Page 77: komponente Poluprovodniˇcka Elektronske komponentemikro.elfak.ni.ac.rs/wp-content/uploads/EK_Predavanja_02.pdf · Predavanja 2016. Elektronske komponente Poluprovodnici Poluprovodniˇcka

Elektronskekomponente

Diode

Princip radaDirektna polarizacija

Inverzna polarizacija

Proboj

Uticaj temperature

Radna tacka

Tipovi diodaIspravljacke diode

Prekidacke diode

Zener diode

TVS diode (informativno)

Šotkijeve diode

Varikap diode

LE diode

Fotodiode

DiodeProbojni napon

Spoljašnji napon inverzne polarizacije pri kome nastupaproboj naziva se probojni napon (breakdown voltage) VB.

Proboj nije destruktivna pojava, sve dok je struja krozdiodu u opsegu dozvoljene sa stanovišta disipacije sna-ge. To znaci da se smanjenjem spoljašnjeg napona in-verzne polarizacije ispod vrednosti VB struja kroz diodusmanjuje na vrednost struje IS.

Diode se normalno ne polarišu tako da rade u oblasti proboja!Izuzetak su Zener diode4! Dioda je usmeracka komponenta jerprovodi struju samo pri direktnoj polarizaciji.

4Videti pod: Tipovi dioda

Page 78: komponente Poluprovodniˇcka Elektronske komponentemikro.elfak.ni.ac.rs/wp-content/uploads/EK_Predavanja_02.pdf · Predavanja 2016. Elektronske komponente Poluprovodnici Poluprovodniˇcka

Elektronskekomponente

Diode

Princip radaDirektna polarizacija

Inverzna polarizacija

Proboj

Uticaj temperature

Radna tacka

Tipovi diodaIspravljacke diode

Prekidacke diode

Zener diode

TVS diode (informativno)

Šotkijeve diode

Varikap diode

LE diode

Fotodiode

Sadržaj

Princip radaDirektna polarizacijaInverzna polarizacijaProbojUticaj temperatureRadna tacka

Tipovi diodaIspravljacke diodePrekidacke diodeZener diodeTVS diode (informativno)Šotkijeve diodeVarikap diodeLE diodeFotodiode

Page 79: komponente Poluprovodniˇcka Elektronske komponentemikro.elfak.ni.ac.rs/wp-content/uploads/EK_Predavanja_02.pdf · Predavanja 2016. Elektronske komponente Poluprovodnici Poluprovodniˇcka

Elektronskekomponente

Diode

Princip radaDirektna polarizacija

Inverzna polarizacija

Proboj

Uticaj temperature

Radna tacka

Tipovi diodaIspravljacke diode

Prekidacke diode

Zener diode

TVS diode (informativno)

Šotkijeve diode

Varikap diode

LE diode

Fotodiode

DiodeUticaj temperature

Promena strujno–naponske karakteristike diode sa tempera-turom pri direktnoj polarizaciji:

0,00

0,05

0,10

0,15

0,20

0,25

0,30

0,35

0,40

0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1,0

T=25°C

T=50°C

T=75°C

VF (V)

I D (

A)

Page 80: komponente Poluprovodniˇcka Elektronske komponentemikro.elfak.ni.ac.rs/wp-content/uploads/EK_Predavanja_02.pdf · Predavanja 2016. Elektronske komponente Poluprovodnici Poluprovodniˇcka

Elektronskekomponente

Diode

Princip radaDirektna polarizacija

Inverzna polarizacija

Proboj

Uticaj temperature

Radna tacka

Tipovi diodaIspravljacke diode

Prekidacke diode

Zener diode

TVS diode (informativno)

Šotkijeve diode

Varikap diode

LE diode

Fotodiode

DiodeUticaj temperature

Pri direktnoj polarizaciji, porast temperature uzrokuje sma-njenje vrednosti napona vodenja diode, sa približno konstant-nim temperaturnim koeficijentom:

dVD

dT≃ −2 mV C−1 .

Pri inverznoj polarizaciji dolazi do porasta inverzne struje za-sicenja diode. Vrednost inverzne struje zasicenja se približnoudvostrucuje na svakih 10 C porasta temperature!

Page 81: komponente Poluprovodniˇcka Elektronske komponentemikro.elfak.ni.ac.rs/wp-content/uploads/EK_Predavanja_02.pdf · Predavanja 2016. Elektronske komponente Poluprovodnici Poluprovodniˇcka

Elektronskekomponente

Diode

Princip radaDirektna polarizacija

Inverzna polarizacija

Proboj

Uticaj temperature

Radna tacka

Tipovi diodaIspravljacke diode

Prekidacke diode

Zener diode

TVS diode (informativno)

Šotkijeve diode

Varikap diode

LE diode

Fotodiode

DiodeUticaj temperature

Promena strujno–naponske karakteristike diode sa tempera-turom pri inverznoj polarizaciji:

-100

-90

-80

-70

-60

-50

-40

-30

-20

-10

0

-10 -8 -6 -4 -2 0

T=25°C

T =50°C

T =75°C

VR (V)

I D (

nA

)

Page 82: komponente Poluprovodniˇcka Elektronske komponentemikro.elfak.ni.ac.rs/wp-content/uploads/EK_Predavanja_02.pdf · Predavanja 2016. Elektronske komponente Poluprovodnici Poluprovodniˇcka

Elektronskekomponente

Diode

Princip radaDirektna polarizacija

Inverzna polarizacija

Proboj

Uticaj temperature

Radna tacka

Tipovi diodaIspravljacke diode

Prekidacke diode

Zener diode

TVS diode (informativno)

Šotkijeve diode

Varikap diode

LE diode

Fotodiode

Sadržaj

Princip radaDirektna polarizacijaInverzna polarizacijaProbojUticaj temperatureRadna tacka

Tipovi diodaIspravljacke diodePrekidacke diodeZener diodeTVS diode (informativno)Šotkijeve diodeVarikap diodeLE diodeFotodiode

Page 83: komponente Poluprovodniˇcka Elektronske komponentemikro.elfak.ni.ac.rs/wp-content/uploads/EK_Predavanja_02.pdf · Predavanja 2016. Elektronske komponente Poluprovodnici Poluprovodniˇcka

Elektronskekomponente

Diode

Princip radaDirektna polarizacija

Inverzna polarizacija

Proboj

Uticaj temperature

Radna tacka

Tipovi diodaIspravljacke diode

Prekidacke diode

Zener diode

TVS diode (informativno)

Šotkijeve diode

Varikap diode

LE diode

Fotodiode

DiodeRadna tacka (Quiescent Point)

Postavljanjem otpornika u kolo diode moguce je ogranicitistruju kroz nju pri direktnoj polarizaciji:

ID1 =VF − VD1

R1= −

1

R1VD1 +

VF

R1

Page 84: komponente Poluprovodniˇcka Elektronske komponentemikro.elfak.ni.ac.rs/wp-content/uploads/EK_Predavanja_02.pdf · Predavanja 2016. Elektronske komponente Poluprovodnici Poluprovodniˇcka

Elektronskekomponente

Diode

Princip radaDirektna polarizacija

Inverzna polarizacija

Proboj

Uticaj temperature

Radna tacka

Tipovi diodaIspravljacke diode

Prekidacke diode

Zener diode

TVS diode (informativno)

Šotkijeve diode

Varikap diode

LE diode

Fotodiode

DiodeRadna tacka i radna prava (Load Line)

Page 85: komponente Poluprovodniˇcka Elektronske komponentemikro.elfak.ni.ac.rs/wp-content/uploads/EK_Predavanja_02.pdf · Predavanja 2016. Elektronske komponente Poluprovodnici Poluprovodniˇcka

Elektronskekomponente

Diode

Princip radaDirektna polarizacija

Inverzna polarizacija

Proboj

Uticaj temperature

Radna tacka

Tipovi diodaIspravljacke diode

Prekidacke diode

Zener diode

TVS diode (informativno)

Šotkijeve diode

Varikap diode

LE diode

Fotodiode

DiodeRadna tacka i radna prava (Load Line)

Presek radne prave i strujno–naponske karakteristike diodedefiniše radnu tacku Q. U radnoj tacki dioda ima staticku ot-

pornost:

RD1 =VDQ

IQ.

Promenom vrednosti otpornika R1 menja se, za poznatu vred-nost VF, nagib radne prave, pa time i pozicija radne tacke nastrujno–naponskoj karakteristici diode.

Page 86: komponente Poluprovodniˇcka Elektronske komponentemikro.elfak.ni.ac.rs/wp-content/uploads/EK_Predavanja_02.pdf · Predavanja 2016. Elektronske komponente Poluprovodnici Poluprovodniˇcka

Elektronskekomponente

Diode

Princip radaDirektna polarizacija

Inverzna polarizacija

Proboj

Uticaj temperature

Radna tacka

Tipovi diodaIspravljacke diode

Prekidacke diode

Zener diode

TVS diode (informativno)

Šotkijeve diode

Varikap diode

LE diode

Fotodiode

Sadržaj

Princip radaDirektna polarizacijaInverzna polarizacijaProbojUticaj temperatureRadna tacka

Tipovi diodaIspravljacke diodePrekidacke diodeZener diodeTVS diode (informativno)Šotkijeve diodeVarikap diodeLE diodeFotodiode

Page 87: komponente Poluprovodniˇcka Elektronske komponentemikro.elfak.ni.ac.rs/wp-content/uploads/EK_Predavanja_02.pdf · Predavanja 2016. Elektronske komponente Poluprovodnici Poluprovodniˇcka

Elektronskekomponente

Diode

Princip radaDirektna polarizacija

Inverzna polarizacija

Proboj

Uticaj temperature

Radna tacka

Tipovi diodaIspravljacke diode

Prekidacke diode

Zener diode

TVS diode (informativno)

Šotkijeve diode

Varikap diode

LE diode

Fotodiode

Tipovi diodaIspravljacke diode

Pretvaranje naizmenicnih signala u jednosmerne. Polutalasno(half–wave) ispravljanje:

Tokom pozitivne poluperiode dioda provodi, dok je tokom ne-gativne poluperiode zakocena.

Page 88: komponente Poluprovodniˇcka Elektronske komponentemikro.elfak.ni.ac.rs/wp-content/uploads/EK_Predavanja_02.pdf · Predavanja 2016. Elektronske komponente Poluprovodnici Poluprovodniˇcka

Elektronskekomponente

Diode

Princip radaDirektna polarizacija

Inverzna polarizacija

Proboj

Uticaj temperature

Radna tacka

Tipovi diodaIspravljacke diode

Prekidacke diode

Zener diode

TVS diode (informativno)

Šotkijeve diode

Varikap diode

LE diode

Fotodiode

Tipovi diodaIspravljacke diode: Polutalasno ispravljanje

vinvout

Page 89: komponente Poluprovodniˇcka Elektronske komponentemikro.elfak.ni.ac.rs/wp-content/uploads/EK_Predavanja_02.pdf · Predavanja 2016. Elektronske komponente Poluprovodnici Poluprovodniˇcka

Elektronskekomponente

Diode

Princip radaDirektna polarizacija

Inverzna polarizacija

Proboj

Uticaj temperature

Radna tacka

Tipovi diodaIspravljacke diode

Prekidacke diode

Zener diode

TVS diode (informativno)

Šotkijeve diode

Varikap diode

LE diode

Fotodiode

Tipovi diodaIspravljacke diode: Punotalasno (full–wave) ispravljanje

Tokom pozitivne poluperiode provode diode D1 i D2, a diodeD3 i D4 su zakocene. Tokom negativne poluperiode provodediode D3 i D4, dok su diode D1 i D2 zakocene.

Page 90: komponente Poluprovodniˇcka Elektronske komponentemikro.elfak.ni.ac.rs/wp-content/uploads/EK_Predavanja_02.pdf · Predavanja 2016. Elektronske komponente Poluprovodnici Poluprovodniˇcka

Elektronskekomponente

Diode

Princip radaDirektna polarizacija

Inverzna polarizacija

Proboj

Uticaj temperature

Radna tacka

Tipovi diodaIspravljacke diode

Prekidacke diode

Zener diode

TVS diode (informativno)

Šotkijeve diode

Varikap diode

LE diode

Fotodiode

Tipovi diodaIspravljacke diode: Punotalasno (full–wave) ispravljanje

Pozitivna poluperioda:

Tacke A i B su na istom potencijalu (kratak spoj)!

Page 91: komponente Poluprovodniˇcka Elektronske komponentemikro.elfak.ni.ac.rs/wp-content/uploads/EK_Predavanja_02.pdf · Predavanja 2016. Elektronske komponente Poluprovodnici Poluprovodniˇcka

Elektronskekomponente

Diode

Princip radaDirektna polarizacija

Inverzna polarizacija

Proboj

Uticaj temperature

Radna tacka

Tipovi diodaIspravljacke diode

Prekidacke diode

Zener diode

TVS diode (informativno)

Šotkijeve diode

Varikap diode

LE diode

Fotodiode

Tipovi diodaIspravljacke diode: Punotalasno (full–wave) ispravljanje

Pozitivna poluperioda:

Page 92: komponente Poluprovodniˇcka Elektronske komponentemikro.elfak.ni.ac.rs/wp-content/uploads/EK_Predavanja_02.pdf · Predavanja 2016. Elektronske komponente Poluprovodnici Poluprovodniˇcka

Elektronskekomponente

Diode

Princip radaDirektna polarizacija

Inverzna polarizacija

Proboj

Uticaj temperature

Radna tacka

Tipovi diodaIspravljacke diode

Prekidacke diode

Zener diode

TVS diode (informativno)

Šotkijeve diode

Varikap diode

LE diode

Fotodiode

Tipovi diodaIspravljacke diode: Punotalasno (full–wave) ispravljanje

Negativna poluperioda:

Tacke A i B su na istom potencijalu (kratak spoj)!

Page 93: komponente Poluprovodniˇcka Elektronske komponentemikro.elfak.ni.ac.rs/wp-content/uploads/EK_Predavanja_02.pdf · Predavanja 2016. Elektronske komponente Poluprovodnici Poluprovodniˇcka

Elektronskekomponente

Diode

Princip radaDirektna polarizacija

Inverzna polarizacija

Proboj

Uticaj temperature

Radna tacka

Tipovi diodaIspravljacke diode

Prekidacke diode

Zener diode

TVS diode (informativno)

Šotkijeve diode

Varikap diode

LE diode

Fotodiode

Tipovi diodaIspravljacke diode: Punotalasno (full–wave) ispravljanje

Negativna poluperioda:

Page 94: komponente Poluprovodniˇcka Elektronske komponentemikro.elfak.ni.ac.rs/wp-content/uploads/EK_Predavanja_02.pdf · Predavanja 2016. Elektronske komponente Poluprovodnici Poluprovodniˇcka

Elektronskekomponente

Diode

Princip radaDirektna polarizacija

Inverzna polarizacija

Proboj

Uticaj temperature

Radna tacka

Tipovi diodaIspravljacke diode

Prekidacke diode

Zener diode

TVS diode (informativno)

Šotkijeve diode

Varikap diode

LE diode

Fotodiode

Tipovi diodaIspravljacke diode: Punotalasno ispravljanje

Punotalasni ispravljac (full–wave bridge rectifier), prikaz uelektricnim šemama:

D1

D2

D3

D4

~

~- +

Page 95: komponente Poluprovodniˇcka Elektronske komponentemikro.elfak.ni.ac.rs/wp-content/uploads/EK_Predavanja_02.pdf · Predavanja 2016. Elektronske komponente Poluprovodnici Poluprovodniˇcka

Elektronskekomponente

Diode

Princip radaDirektna polarizacija

Inverzna polarizacija

Proboj

Uticaj temperature

Radna tacka

Tipovi diodaIspravljacke diode

Prekidacke diode

Zener diode

TVS diode (informativno)

Šotkijeve diode

Varikap diode

LE diode

Fotodiode

Tipovi diodaIspravljacke diode: Punotalasno ispravljanje

vin vout

Page 96: komponente Poluprovodniˇcka Elektronske komponentemikro.elfak.ni.ac.rs/wp-content/uploads/EK_Predavanja_02.pdf · Predavanja 2016. Elektronske komponente Poluprovodnici Poluprovodniˇcka

Elektronskekomponente

Diode

Princip radaDirektna polarizacija

Inverzna polarizacija

Proboj

Uticaj temperature

Radna tacka

Tipovi diodaIspravljacke diode

Prekidacke diode

Zener diode

TVS diode (informativno)

Šotkijeve diode

Varikap diode

LE diode

Fotodiode

Tipovi diodaIspravljacke diode: Punotalasno ispravljanje

Cetiri diode se nalaze u jednom kucištu (U1) i nazivaju se Gre-cov spoj. Kondenzator C se naziva rezervoar (reservoir capa-citor), kondenzator za poravnanje napona (smoothing capa-citor) ili filtarski kondenzator. Tipicno se koriste elektrolitskikondenzatori.

Page 97: komponente Poluprovodniˇcka Elektronske komponentemikro.elfak.ni.ac.rs/wp-content/uploads/EK_Predavanja_02.pdf · Predavanja 2016. Elektronske komponente Poluprovodnici Poluprovodniˇcka

Elektronskekomponente

Diode

Princip radaDirektna polarizacija

Inverzna polarizacija

Proboj

Uticaj temperature

Radna tacka

Tipovi diodaIspravljacke diode

Prekidacke diode

Zener diode

TVS diode (informativno)

Šotkijeve diode

Varikap diode

LE diode

Fotodiode

Tipovi diodaIspravljacke diode: Punotalasno ispravljanje

C=1,5µF

C=4,7µF

C=10µF

Vr(pp)

Page 98: komponente Poluprovodniˇcka Elektronske komponentemikro.elfak.ni.ac.rs/wp-content/uploads/EK_Predavanja_02.pdf · Predavanja 2016. Elektronske komponente Poluprovodnici Poluprovodniˇcka

Elektronskekomponente

Diode

Princip radaDirektna polarizacija

Inverzna polarizacija

Proboj

Uticaj temperature

Radna tacka

Tipovi diodaIspravljacke diode

Prekidacke diode

Zener diode

TVS diode (informativno)

Šotkijeve diode

Varikap diode

LE diode

Fotodiode

Tipovi diodaIspravljacke diode: Punotalasno ispravljanje

Osnovno kolo punotalasnog mrežnog ispravljaca:

F1 je osigurac (fuse), a T1 je mrežni transformator.

Page 99: komponente Poluprovodniˇcka Elektronske komponentemikro.elfak.ni.ac.rs/wp-content/uploads/EK_Predavanja_02.pdf · Predavanja 2016. Elektronske komponente Poluprovodnici Poluprovodniˇcka

Elektronskekomponente

Diode

Princip radaDirektna polarizacija

Inverzna polarizacija

Proboj

Uticaj temperature

Radna tacka

Tipovi diodaIspravljacke diode

Prekidacke diode

Zener diode

TVS diode (informativno)

Šotkijeve diode

Varikap diode

LE diode

Fotodiode

Sadržaj

Princip radaDirektna polarizacijaInverzna polarizacijaProbojUticaj temperatureRadna tacka

Tipovi diodaIspravljacke diodePrekidacke diodeZener diodeTVS diode (informativno)Šotkijeve diodeVarikap diodeLE diodeFotodiode

Page 100: komponente Poluprovodniˇcka Elektronske komponentemikro.elfak.ni.ac.rs/wp-content/uploads/EK_Predavanja_02.pdf · Predavanja 2016. Elektronske komponente Poluprovodnici Poluprovodniˇcka

Elektronskekomponente

Diode

Princip radaDirektna polarizacija

Inverzna polarizacija

Proboj

Uticaj temperature

Radna tacka

Tipovi diodaIspravljacke diode

Prekidacke diode

Zener diode

TVS diode (informativno)

Šotkijeve diode

Varikap diode

LE diode

Fotodiode

Tipovi diodaPrekidacke diode

Diode koje u elektronskim kolima prelaze iz provodnog u ne-provodno stanje i obratno, najcešce pod dejstvom impulsnepobude, nazivaju se prekidacke (switching) diode. Na taj na-cin ove diode ostvaruju funkciju elektronskog prekidaca kojina odredeni nacin razdvaja ili spaja pojedine delove kola.Za prekidacke diode je od suštinskog znacaja brzina prekida-nja. Prelazak diode iz provodnog u neprovodno stanje nijetrenutan. Da bi struja kroz inverzno polarisanu diodu pre-stala da tece, potrebno je da prode odredeno vreme koje senaziva vreme oporavka (reverse recovery time) trr.

Page 101: komponente Poluprovodniˇcka Elektronske komponentemikro.elfak.ni.ac.rs/wp-content/uploads/EK_Predavanja_02.pdf · Predavanja 2016. Elektronske komponente Poluprovodnici Poluprovodniˇcka

Elektronskekomponente

Diode

Princip radaDirektna polarizacija

Inverzna polarizacija

Proboj

Uticaj temperature

Radna tacka

Tipovi diodaIspravljacke diode

Prekidacke diode

Zener diode

TVS diode (informativno)

Šotkijeve diode

Varikap diode

LE diode

Fotodiode

Tipovi diodaPrekidacke diode

Page 102: komponente Poluprovodniˇcka Elektronske komponentemikro.elfak.ni.ac.rs/wp-content/uploads/EK_Predavanja_02.pdf · Predavanja 2016. Elektronske komponente Poluprovodnici Poluprovodniˇcka

Elektronskekomponente

Diode

Princip radaDirektna polarizacija

Inverzna polarizacija

Proboj

Uticaj temperature

Radna tacka

Tipovi diodaIspravljacke diode

Prekidacke diode

Zener diode

TVS diode (informativno)

Šotkijeve diode

Varikap diode

LE diode

Fotodiode

Tipovi diodaPrekidacke diode

Znacajna primena prekidackih dioda je u zaštiti elektronskihprekidaca od uticaja induktivnog opterecenja:

Page 103: komponente Poluprovodniˇcka Elektronske komponentemikro.elfak.ni.ac.rs/wp-content/uploads/EK_Predavanja_02.pdf · Predavanja 2016. Elektronske komponente Poluprovodnici Poluprovodniˇcka

Elektronskekomponente

Diode

Princip radaDirektna polarizacija

Inverzna polarizacija

Proboj

Uticaj temperature

Radna tacka

Tipovi diodaIspravljacke diode

Prekidacke diode

Zener diode

TVS diode (informativno)

Šotkijeve diode

Varikap diode

LE diode

Fotodiode

Tipovi diodaPrekidacke diode

Ostale primene:

Diodna logicka kola.

Zaštita od inverzne polarizacije naponskih regulatora.

Prebacivanje sa mrežnog na baterijsko napajanje.

...

Neke konvencionalne prekidacke diode: 1N4148, 1N419. Vremeoporavka je od nekoliko ns do nekoliko desetina ns.

Page 104: komponente Poluprovodniˇcka Elektronske komponentemikro.elfak.ni.ac.rs/wp-content/uploads/EK_Predavanja_02.pdf · Predavanja 2016. Elektronske komponente Poluprovodnici Poluprovodniˇcka

Elektronskekomponente

Diode

Princip radaDirektna polarizacija

Inverzna polarizacija

Proboj

Uticaj temperature

Radna tacka

Tipovi diodaIspravljacke diode

Prekidacke diode

Zener diode

TVS diode (informativno)

Šotkijeve diode

Varikap diode

LE diode

Fotodiode

Sadržaj

Princip radaDirektna polarizacijaInverzna polarizacijaProbojUticaj temperatureRadna tacka

Tipovi diodaIspravljacke diodePrekidacke diodeZener diodeTVS diode (informativno)Šotkijeve diodeVarikap diodeLE diodeFotodiode

Page 105: komponente Poluprovodniˇcka Elektronske komponentemikro.elfak.ni.ac.rs/wp-content/uploads/EK_Predavanja_02.pdf · Predavanja 2016. Elektronske komponente Poluprovodnici Poluprovodniˇcka

Elektronskekomponente

Diode

Princip radaDirektna polarizacija

Inverzna polarizacija

Proboj

Uticaj temperature

Radna tacka

Tipovi diodaIspravljacke diode

Prekidacke diode

Zener diode

TVS diode (informativno)

Šotkijeve diode

Varikap diode

LE diode

Fotodiode

Tipovi diodaZener diode.

Zener diode su silicijumske diode koje su tehnološki optimizo-vane tako da pri inverznoj polarizaciji rade u oblasti proboja.Elektricni simboli Zener diode:

Anoda Katoda Anoda KatodaAnoda Katoda

Pri direktnoj polarizaciji strujno–naponska karakteristikaZener diode je identicna strujno–naponskoj karakteristicistandardne diode.

Pri inverznoj polarizaciji, u oblasti proboja strujno–na-ponska karakteristika Zener diode ima oštro koleno.

Page 106: komponente Poluprovodniˇcka Elektronske komponentemikro.elfak.ni.ac.rs/wp-content/uploads/EK_Predavanja_02.pdf · Predavanja 2016. Elektronske komponente Poluprovodnici Poluprovodniˇcka

Elektronskekomponente

Diode

Princip radaDirektna polarizacija

Inverzna polarizacija

Proboj

Uticaj temperature

Radna tacka

Tipovi diodaIspravljacke diode

Prekidacke diode

Zener diode

TVS diode (informativno)

Šotkijeve diode

Varikap diode

LE diode

Fotodiode

Tipovi diodaZener diode.

Pri naponu VZ struja kroz Zener diodu ce biti IZ.

Page 107: komponente Poluprovodniˇcka Elektronske komponentemikro.elfak.ni.ac.rs/wp-content/uploads/EK_Predavanja_02.pdf · Predavanja 2016. Elektronske komponente Poluprovodnici Poluprovodniˇcka

Elektronskekomponente

Diode

Princip radaDirektna polarizacija

Inverzna polarizacija

Proboj

Uticaj temperature

Radna tacka

Tipovi diodaIspravljacke diode

Prekidacke diode

Zener diode

TVS diode (informativno)

Šotkijeve diode

Varikap diode

LE diode

Fotodiode

Tipovi diodaZener diode.

Regulacija napona pomocu Zener diode:

Oblast regulacije je opseg struja kroz Zener diodu za koje seZenerov napon može smatrati približno konstantnim. Zenerdiode se standardno koriste u oblasti inverzne polarizacije, tj.Zenerovog proboja! Proizvode se sa razlicitim vrednostimaVZ (npr. 5.1 V, 6.2 V, 12 V, itd.)

Podrazumeva se da je napon VZ negativan.

Page 108: komponente Poluprovodniˇcka Elektronske komponentemikro.elfak.ni.ac.rs/wp-content/uploads/EK_Predavanja_02.pdf · Predavanja 2016. Elektronske komponente Poluprovodnici Poluprovodniˇcka

Elektronskekomponente

Diode

Princip radaDirektna polarizacija

Inverzna polarizacija

Proboj

Uticaj temperature

Radna tacka

Tipovi diodaIspravljacke diode

Prekidacke diode

Zener diode

TVS diode (informativno)

Šotkijeve diode

Varikap diode

LE diode

Fotodiode

Tipovi diodaZener diode.

Eksperimentalna strujno–naponska karakteristika Zener diodeBZX85-C6V2 (VZ = 6.2 V).

X

(

43

3

43

3

3

X (

3

Page 109: komponente Poluprovodniˇcka Elektronske komponentemikro.elfak.ni.ac.rs/wp-content/uploads/EK_Predavanja_02.pdf · Predavanja 2016. Elektronske komponente Poluprovodnici Poluprovodniˇcka

Elektronskekomponente

Diode

Princip radaDirektna polarizacija

Inverzna polarizacija

Proboj

Uticaj temperature

Radna tacka

Tipovi diodaIspravljacke diode

Prekidacke diode

Zener diode

TVS diode (informativno)

Šotkijeve diode

Varikap diode

LE diode

Fotodiode

Tipovi diodaZener diode.

Eksperimentalna strujno–naponska karakteristika Zener diodeBZX79-C2V7 (VZ = 2.7 V).

1

X( m

3

3

3

X(m

3

Zener diode sa manjim Zenerovim naponima nemaju oštro koleno.

Page 110: komponente Poluprovodniˇcka Elektronske komponentemikro.elfak.ni.ac.rs/wp-content/uploads/EK_Predavanja_02.pdf · Predavanja 2016. Elektronske komponente Poluprovodnici Poluprovodniˇcka

Elektronskekomponente

Diode

Princip radaDirektna polarizacija

Inverzna polarizacija

Proboj

Uticaj temperature

Radna tacka

Tipovi diodaIspravljacke diode

Prekidacke diode

Zener diode

TVS diode (informativno)

Šotkijeve diode

Varikap diode

LE diode

Fotodiode

Sadržaj

Princip radaDirektna polarizacijaInverzna polarizacijaProbojUticaj temperatureRadna tacka

Tipovi diodaIspravljacke diodePrekidacke diodeZener diodeTVS diode (informativno)Šotkijeve diodeVarikap diodeLE diodeFotodiode

Page 111: komponente Poluprovodniˇcka Elektronske komponentemikro.elfak.ni.ac.rs/wp-content/uploads/EK_Predavanja_02.pdf · Predavanja 2016. Elektronske komponente Poluprovodnici Poluprovodniˇcka

Elektronskekomponente

Diode

Princip radaDirektna polarizacija

Inverzna polarizacija

Proboj

Uticaj temperature

Radna tacka

Tipovi diodaIspravljacke diode

Prekidacke diode

Zener diode

TVS diode (informativno)

Šotkijeve diode

Varikap diode

LE diode

Fotodiode

Tipovi diodaTVS diode.

Diode koje su posebno namenjene zaštiti elektronskih kola oduticaja naponskih tranzijenata nazivaju se TVS (Transient Vol-tage Suppresion) diode. Realizuju se kao silicijumski pn spo-jevi, sa posebno optimizovanom geometrijom i profilima pri-mesa. TVS diode mogu biti unidirekcione (a) i bidirekcione(b), a odgovarajuci elektricni simboli su:

(a) (b)

Page 112: komponente Poluprovodniˇcka Elektronske komponentemikro.elfak.ni.ac.rs/wp-content/uploads/EK_Predavanja_02.pdf · Predavanja 2016. Elektronske komponente Poluprovodnici Poluprovodniˇcka

Elektronskekomponente

Diode

Princip radaDirektna polarizacija

Inverzna polarizacija

Proboj

Uticaj temperature

Radna tacka

Tipovi diodaIspravljacke diode

Prekidacke diode

Zener diode

TVS diode (informativno)

Šotkijeve diode

Varikap diode

LE diode

Fotodiode

Tipovi diodaTVS diode.

Koncept primene TVS dioda:

Tranzijent je najcešce izazvan eksterno, indukcijom ili elektro-statickim pražnjenjem, a predstavlja opasnost po elektronskokolo jer je VTMAX ≫ VIN. Uloga TVS diode je da prilikom na-ilaska naponskog tranzijenta provede, spuštajuci na taj nacinnapon na ulazu kola na vrednost svog napona proboja pri in-verznoj polarizaciji.

Page 113: komponente Poluprovodniˇcka Elektronske komponentemikro.elfak.ni.ac.rs/wp-content/uploads/EK_Predavanja_02.pdf · Predavanja 2016. Elektronske komponente Poluprovodnici Poluprovodniˇcka

Elektronskekomponente

Diode

Princip radaDirektna polarizacija

Inverzna polarizacija

Proboj

Uticaj temperature

Radna tacka

Tipovi diodaIspravljacke diode

Prekidacke diode

Zener diode

TVS diode (informativno)

Šotkijeve diode

Varikap diode

LE diode

Fotodiode

Tipovi diodaTVS diode.

Zaštita USB magistrale:

Page 114: komponente Poluprovodniˇcka Elektronske komponentemikro.elfak.ni.ac.rs/wp-content/uploads/EK_Predavanja_02.pdf · Predavanja 2016. Elektronske komponente Poluprovodnici Poluprovodniˇcka

Elektronskekomponente

Diode

Princip radaDirektna polarizacija

Inverzna polarizacija

Proboj

Uticaj temperature

Radna tacka

Tipovi diodaIspravljacke diode

Prekidacke diode

Zener diode

TVS diode (informativno)

Šotkijeve diode

Varikap diode

LE diode

Fotodiode

Sadržaj

Princip radaDirektna polarizacijaInverzna polarizacijaProbojUticaj temperatureRadna tacka

Tipovi diodaIspravljacke diodePrekidacke diodeZener diodeTVS diode (informativno)Šotkijeve diodeVarikap diodeLE diodeFotodiode

Page 115: komponente Poluprovodniˇcka Elektronske komponentemikro.elfak.ni.ac.rs/wp-content/uploads/EK_Predavanja_02.pdf · Predavanja 2016. Elektronske komponente Poluprovodnici Poluprovodniˇcka

Elektronskekomponente

Diode

Princip radaDirektna polarizacija

Inverzna polarizacija

Proboj

Uticaj temperature

Radna tacka

Tipovi diodaIspravljacke diode

Prekidacke diode

Zener diode

TVS diode (informativno)

Šotkijeve diode

Varikap diode

LE diode

Fotodiode

Tipovi diodaŠotkijeve diode

Šotkijeve (Schottky) diode se tehnološki realizuju kao spojmetala i dopiranog poluprovodnika. Elektricni simbol Šotki-jeve diode:

Anoda Katoda

Zbog prisustva metala, ugradena potencijalna barijera kodŠotkijeve diode je manja nego kod diode zasnovane na pn

spoju. Zbog toga je napon provodenja pri direktnoj polari-zaciji u opsegu 0.3 V–0.4 V!

Page 116: komponente Poluprovodniˇcka Elektronske komponentemikro.elfak.ni.ac.rs/wp-content/uploads/EK_Predavanja_02.pdf · Predavanja 2016. Elektronske komponente Poluprovodnici Poluprovodniˇcka

Elektronskekomponente

Diode

Princip radaDirektna polarizacija

Inverzna polarizacija

Proboj

Uticaj temperature

Radna tacka

Tipovi diodaIspravljacke diode

Prekidacke diode

Zener diode

TVS diode (informativno)

Šotkijeve diode

Varikap diode

LE diode

Fotodiode

Tipovi diodaŠotkijeve diode

Strujno–naponska karakteristika Šotkijeve diode BAT42 pridirektnoj polarizaciji:

0

5

10

15

20

25

30

35

40

0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5

I (m

A)

VF

(V)

Page 117: komponente Poluprovodniˇcka Elektronske komponentemikro.elfak.ni.ac.rs/wp-content/uploads/EK_Predavanja_02.pdf · Predavanja 2016. Elektronske komponente Poluprovodnici Poluprovodniˇcka

Elektronskekomponente

Diode

Princip radaDirektna polarizacija

Inverzna polarizacija

Proboj

Uticaj temperature

Radna tacka

Tipovi diodaIspravljacke diode

Prekidacke diode

Zener diode

TVS diode (informativno)

Šotkijeve diode

Varikap diode

LE diode

Fotodiode

Tipovi diodaŠotkijeve diode: Inverzna struja zasicenja Šotkijeve diode BAT42

Inverzne struje zasicenja kod Šotkijevih dioda su znatno vecenego kod dioda na bazi pn spoja, što ogranicava njihove pri-mene na višim temperaturama.Primene su kod prekidackih izvora napajanja, kao i u digital-nim prekidackim kolima (high-speed switching).

Page 118: komponente Poluprovodniˇcka Elektronske komponentemikro.elfak.ni.ac.rs/wp-content/uploads/EK_Predavanja_02.pdf · Predavanja 2016. Elektronske komponente Poluprovodnici Poluprovodniˇcka

Elektronskekomponente

Diode

Princip radaDirektna polarizacija

Inverzna polarizacija

Proboj

Uticaj temperature

Radna tacka

Tipovi diodaIspravljacke diode

Prekidacke diode

Zener diode

TVS diode (informativno)

Šotkijeve diode

Varikap diode

LE diode

Fotodiode

Sadržaj

Princip radaDirektna polarizacijaInverzna polarizacijaProbojUticaj temperatureRadna tacka

Tipovi diodaIspravljacke diodePrekidacke diodeZener diodeTVS diode (informativno)Šotkijeve diodeVarikap diodeLE diodeFotodiode

Page 119: komponente Poluprovodniˇcka Elektronske komponentemikro.elfak.ni.ac.rs/wp-content/uploads/EK_Predavanja_02.pdf · Predavanja 2016. Elektronske komponente Poluprovodnici Poluprovodniˇcka

Elektronskekomponente

Diode

Princip radaDirektna polarizacija

Inverzna polarizacija

Proboj

Uticaj temperature

Radna tacka

Tipovi diodaIspravljacke diode

Prekidacke diode

Zener diode

TVS diode (informativno)

Šotkijeve diode

Varikap diode

LE diode

Fotodiode

Tipovi diodaVarikap diode

Varikap diode (varaktori) su silicijumske diode koje su teh-nološki realizovane tako da se sa promenom napona inver-zne polarizacije dobija što veca promena kapacitivnosti. Elek-tricni simbol varikap diode:

Anoda Katoda

U praksi, varikap dioda radi u režimu inverzne polarizacije ito kao kondenzator promenljive kapacitivnosti.

Page 120: komponente Poluprovodniˇcka Elektronske komponentemikro.elfak.ni.ac.rs/wp-content/uploads/EK_Predavanja_02.pdf · Predavanja 2016. Elektronske komponente Poluprovodnici Poluprovodniˇcka

Elektronskekomponente

Diode

Princip radaDirektna polarizacija

Inverzna polarizacija

Proboj

Uticaj temperature

Radna tacka

Tipovi diodaIspravljacke diode

Prekidacke diode

Zener diode

TVS diode (informativno)

Šotkijeve diode

Varikap diode

LE diode

Fotodiode

Tipovi diodaVarikap diode

Postojanje osiromašene oblasti na pn spoju rezultuje pojavomkapacitivnosti koja se može izraziti relacijom koja opisuje ka-pacitivnost kondenzatora sa ravnim oblogama površine A imedusobnog rastojanja Wd, izmedu kojih je dielektrik dielek-tricne konstante ǫs:

Cj =ǫsA

Wd

.

Primenom spoljašnjeg napona inverzne polarizacije VR, osiro-mašena oblast se širi:

Wd =

√2ǫs

q

1

NA

+1

ND

(Vbi + |VR|) .

Promenom širine osiromašene oblasti menja se i kapacitiv-nost.

Page 121: komponente Poluprovodniˇcka Elektronske komponentemikro.elfak.ni.ac.rs/wp-content/uploads/EK_Predavanja_02.pdf · Predavanja 2016. Elektronske komponente Poluprovodnici Poluprovodniˇcka

Elektronskekomponente

Diode

Princip radaDirektna polarizacija

Inverzna polarizacija

Proboj

Uticaj temperature

Radna tacka

Tipovi diodaIspravljacke diode

Prekidacke diode

Zener diode

TVS diode (informativno)

Šotkijeve diode

Varikap diode

LE diode

Fotodiode

Tipovi diodaVarikap diode

Zavisnost kapacitivnosti varikap diode BB109G od napona in-verzne polarizacije:

0

10

20

30

40

50

60

70

0 5 10 15 20 25

C (

pF)

VR

(V)

Page 122: komponente Poluprovodniˇcka Elektronske komponentemikro.elfak.ni.ac.rs/wp-content/uploads/EK_Predavanja_02.pdf · Predavanja 2016. Elektronske komponente Poluprovodnici Poluprovodniˇcka

Elektronskekomponente

Diode

Princip radaDirektna polarizacija

Inverzna polarizacija

Proboj

Uticaj temperature

Radna tacka

Tipovi diodaIspravljacke diode

Prekidacke diode

Zener diode

TVS diode (informativno)

Šotkijeve diode

Varikap diode

LE diode

Fotodiode

Tipovi diodaVarikap diode

Varikap diode se primenjuju u kolima za podešavanje ucesta-nosti (tuning circuits) koja su osnova za izbor kanala kod ra-dio, TV i satelitskih prijemnika, kao i kod mobilnih telefona.Ucestanost koja se podešava naziva se rezonantna ucestanosti na njoj se vrši prijem signala odredenog emitera.

Page 123: komponente Poluprovodniˇcka Elektronske komponentemikro.elfak.ni.ac.rs/wp-content/uploads/EK_Predavanja_02.pdf · Predavanja 2016. Elektronske komponente Poluprovodnici Poluprovodniˇcka

Elektronskekomponente

Diode

Princip radaDirektna polarizacija

Inverzna polarizacija

Proboj

Uticaj temperature

Radna tacka

Tipovi diodaIspravljacke diode

Prekidacke diode

Zener diode

TVS diode (informativno)

Šotkijeve diode

Varikap diode

LE diode

Fotodiode

Sadržaj

Princip radaDirektna polarizacijaInverzna polarizacijaProbojUticaj temperatureRadna tacka

Tipovi diodaIspravljacke diodePrekidacke diodeZener diodeTVS diode (informativno)Šotkijeve diodeVarikap diodeLE diodeFotodiode

Page 124: komponente Poluprovodniˇcka Elektronske komponentemikro.elfak.ni.ac.rs/wp-content/uploads/EK_Predavanja_02.pdf · Predavanja 2016. Elektronske komponente Poluprovodnici Poluprovodniˇcka

Elektronskekomponente

Diode

Princip radaDirektna polarizacija

Inverzna polarizacija

Proboj

Uticaj temperature

Radna tacka

Tipovi diodaIspravljacke diode

Prekidacke diode

Zener diode

TVS diode (informativno)

Šotkijeve diode

Varikap diode

LE diode

Fotodiode

Tipovi diodaLE diode

Diode koje emituju svetlost (Light Emiting Diodes - LED) pri-padaju grupi optoelektronskih komponenata. Elektricni sim-bol LE diode:

Anoda Katoda

Emisija svetlosti se dešava prilikom direktne polarizacije di-ode i ova pojava se naziva elektroluminiscencija. Suština po-jave je u rekombinaciji elektrona iz provodne zone sa šuplji-nama u valentnoj zoni, prilikom koje se višak energije otpu-šta u obliku fotona. LE diode se izraduju od poluprovodnic-kih jedinjenja (GaAs, GaAsP, AlGaP, SiC, itd.). U zavisnosti odjedinjenja i konstrukcije diode, svetlost koja se emituje možeimati razlicitu talasnu dužinu, pa se proizvode ultraljubicaste,infracrvene, kao i diode koje emituju vidljivu svetlost.

Page 125: komponente Poluprovodniˇcka Elektronske komponentemikro.elfak.ni.ac.rs/wp-content/uploads/EK_Predavanja_02.pdf · Predavanja 2016. Elektronske komponente Poluprovodnici Poluprovodniˇcka

Elektronskekomponente

Diode

Princip radaDirektna polarizacija

Inverzna polarizacija

Proboj

Uticaj temperature

Radna tacka

Tipovi diodaIspravljacke diode

Prekidacke diode

Zener diode

TVS diode (informativno)

Šotkijeve diode

Varikap diode

LE diode

Fotodiode

Tipovi dioda - LE diode

400 500 600 70010

UV vidljiva svetlost IC

106

Napon direktne polarizacije pri kome LE diode provode je ra-zlicit za razlicite talasne dužine svetlosti. Jacina svetlosti za-visi od struje kroz diodu.

Svetlost VF(typ) (V) IF(typ) (mA)infracrvena 1,2 20–100crvena 1,8 10–20narandžasta 2,0 10–20žuta 2,1 10–20zelena 2,2 10–20plava 3,5 20–30bela 3,5 20–30ultraljubicasta 3,6 20

Page 126: komponente Poluprovodniˇcka Elektronske komponentemikro.elfak.ni.ac.rs/wp-content/uploads/EK_Predavanja_02.pdf · Predavanja 2016. Elektronske komponente Poluprovodnici Poluprovodniˇcka

Elektronskekomponente

Diode

Princip radaDirektna polarizacija

Inverzna polarizacija

Proboj

Uticaj temperature

Radna tacka

Tipovi diodaIspravljacke diode

Prekidacke diode

Zener diode

TVS diode (informativno)

Šotkijeve diode

Varikap diode

LE diode

Fotodiode

Tipovi diodaLE diode: Strujno–naponska karakteristika pri direktnoj polarizaciji

0

5

10

15

20

25

1,0 1,2 1,4 1,6 1,8 2,0 2,2 2,4 2,6 2,8 3,0 3,2 3,4 3,6

I (m

A)

VF

(V)

plavazelena

žuta

crvena

Page 127: komponente Poluprovodniˇcka Elektronske komponentemikro.elfak.ni.ac.rs/wp-content/uploads/EK_Predavanja_02.pdf · Predavanja 2016. Elektronske komponente Poluprovodnici Poluprovodniˇcka

Elektronskekomponente

Diode

Princip radaDirektna polarizacija

Inverzna polarizacija

Proboj

Uticaj temperature

Radna tacka

Tipovi diodaIspravljacke diode

Prekidacke diode

Zener diode

TVS diode (informativno)

Šotkijeve diode

Varikap diode

LE diode

Fotodiode

Tipovi diodaLE diode: Osnovno kolo

U kolo LE diode se obavezno stavlja otpornik, koji ogranicavastruju kroz diodu!

Page 128: komponente Poluprovodniˇcka Elektronske komponentemikro.elfak.ni.ac.rs/wp-content/uploads/EK_Predavanja_02.pdf · Predavanja 2016. Elektronske komponente Poluprovodnici Poluprovodniˇcka

Elektronskekomponente

Diode

Princip radaDirektna polarizacija

Inverzna polarizacija

Proboj

Uticaj temperature

Radna tacka

Tipovi diodaIspravljacke diode

Prekidacke diode

Zener diode

TVS diode (informativno)

Šotkijeve diode

Varikap diode

LE diode

Fotodiode

Tipovi diodaLE diode: Osnovno kolo

Vrednost otpornika se izracunava na osnovu tipicnih vredno-sti pada napona i struje kroz diodu iz tehnickih specifikacijaproizvodaca.Primer: Za VF = 5V, VD1 = 1.8 V i IF = 10mA je:

R1 =VF − VD1

IF=

5− 1,8

0,01= 320Ω . (2)

U praksi se uzima najbliža standardna vrednost, npr. R1 =

330Ω.

Page 129: komponente Poluprovodniˇcka Elektronske komponentemikro.elfak.ni.ac.rs/wp-content/uploads/EK_Predavanja_02.pdf · Predavanja 2016. Elektronske komponente Poluprovodnici Poluprovodniˇcka

Elektronskekomponente

Diode

Princip radaDirektna polarizacija

Inverzna polarizacija

Proboj

Uticaj temperature

Radna tacka

Tipovi diodaIspravljacke diode

Prekidacke diode

Zener diode

TVS diode (informativno)

Šotkijeve diode

Varikap diode

LE diode

Fotodiode

Tipovi diodaLE diode

Standardne LE diode u okruglim kucištima precnika 5 mm:

katoda

infracrvena

Page 130: komponente Poluprovodniˇcka Elektronske komponentemikro.elfak.ni.ac.rs/wp-content/uploads/EK_Predavanja_02.pdf · Predavanja 2016. Elektronske komponente Poluprovodnici Poluprovodniˇcka

Elektronskekomponente

Diode

Princip radaDirektna polarizacija

Inverzna polarizacija

Proboj

Uticaj temperature

Radna tacka

Tipovi diodaIspravljacke diode

Prekidacke diode

Zener diode

TVS diode (informativno)

Šotkijeve diode

Varikap diode

LE diode

Fotodiode

Sadržaj

Princip radaDirektna polarizacijaInverzna polarizacijaProbojUticaj temperatureRadna tacka

Tipovi diodaIspravljacke diodePrekidacke diodeZener diodeTVS diode (informativno)Šotkijeve diodeVarikap diodeLE diodeFotodiode

Page 131: komponente Poluprovodniˇcka Elektronske komponentemikro.elfak.ni.ac.rs/wp-content/uploads/EK_Predavanja_02.pdf · Predavanja 2016. Elektronske komponente Poluprovodnici Poluprovodniˇcka

Elektronskekomponente

Diode

Princip radaDirektna polarizacija

Inverzna polarizacija

Proboj

Uticaj temperature

Radna tacka

Tipovi diodaIspravljacke diode

Prekidacke diode

Zener diode

TVS diode (informativno)

Šotkijeve diode

Varikap diode

LE diode

Fotodiode

Tipovi diodaFotodiode

Fotodiode spadaju u grupu optoelektronskih komponenata, anjihova osnovna karakteristika je da im se inverzna struja zasi-cenja menja sa promenom intenziteta upadne svetlosti. Elek-tricni simbol fotodiode:

Anoda Katoda

Kada fotodioda nije osvetljena kroz nju tece inverzna strujazasicenja I0 koja se naziva struja mraka (dark current). Poddejstvom upadne svetlosti, unutar pn spoja dolazi do genera-cije parova elektron–šupljina, pa se inverzna struja kroz diodupovecava. Struja koja potice usled dejstva upadne svetlostinaziva se struja osvetljaja (light current) ili fotostruja IP.

Page 132: komponente Poluprovodniˇcka Elektronske komponentemikro.elfak.ni.ac.rs/wp-content/uploads/EK_Predavanja_02.pdf · Predavanja 2016. Elektronske komponente Poluprovodnici Poluprovodniˇcka

Elektronskekomponente

Diode

Princip radaDirektna polarizacija

Inverzna polarizacija

Proboj

Uticaj temperature

Radna tacka

Tipovi diodaIspravljacke diode

Prekidacke diode

Zener diode

TVS diode (informativno)

Šotkijeve diode

Varikap diode

LE diode

Fotodiode

Tipovi diodaFotodiode: Fotonaponski režim

Gustina fluksa svetlosnog zracenja naziva se iradijansaEe (mWcm−2).

Struja IP se menja u zavisnosti od iradijanse Ee upadnesvetlosti, tako da je pad napona na otporniku:

VOUT = V = (I0 + IP)RL

Page 133: komponente Poluprovodniˇcka Elektronske komponentemikro.elfak.ni.ac.rs/wp-content/uploads/EK_Predavanja_02.pdf · Predavanja 2016. Elektronske komponente Poluprovodnici Poluprovodniˇcka

Elektronskekomponente

Diode

Princip radaDirektna polarizacija

Inverzna polarizacija

Proboj

Uticaj temperature

Radna tacka

Tipovi diodaIspravljacke diode

Prekidacke diode

Zener diode

TVS diode (informativno)

Šotkijeve diode

Varikap diode

LE diode

Fotodiode

Tipovi diodaFotodiode: Fotonaponski režim

Pad napona VOUT teži da pozitivno polariše diodu! Zbogtoga kroz diodu pocinje da tece struja u smeru suprotnomod smera fotostruje.

Kada struja I postane jednaka nuli, tada je napon na di-odi:

VP(Ee) = Vt ln

IP(Ee)

I0+ 1

.

Fotodioda se ponaša kao izvor jednosmernog napona, pa sepojava naziva fotonaponski efekat. Fotodioda radi u fotona-

ponskom (photovoltaic) režimu. Napon VP(Ee) naziva se foto-

napon.

Page 134: komponente Poluprovodniˇcka Elektronske komponentemikro.elfak.ni.ac.rs/wp-content/uploads/EK_Predavanja_02.pdf · Predavanja 2016. Elektronske komponente Poluprovodnici Poluprovodniˇcka

Elektronskekomponente

Diode

Princip radaDirektna polarizacija

Inverzna polarizacija

Proboj

Uticaj temperature

Radna tacka

Tipovi diodaIspravljacke diode

Prekidacke diode

Zener diode

TVS diode (informativno)

Šotkijeve diode

Varikap diode

LE diode

Fotodiode

Tipovi diodaFotodiode: Fotoprovodni režim

U ovom slucaju je:

VOUT = (I0 + IP)RL (3)

pa je odziv fotodiode na upadnu svetlost linearan, ako sevrednost napona inverzne polarizacije izabere tako da jeuvek ispunjen uslov VR > VOUT .

Page 135: komponente Poluprovodniˇcka Elektronske komponentemikro.elfak.ni.ac.rs/wp-content/uploads/EK_Predavanja_02.pdf · Predavanja 2016. Elektronske komponente Poluprovodnici Poluprovodniˇcka

Elektronskekomponente

Diode

Princip radaDirektna polarizacija

Inverzna polarizacija

Proboj

Uticaj temperature

Radna tacka

Tipovi diodaIspravljacke diode

Prekidacke diode

Zener diode

TVS diode (informativno)

Šotkijeve diode

Varikap diode

LE diode

Fotodiode

Tipovi diodaFotodiode: Fotoprovodni režim

U ovakvoj konfiguraciji fotodioda radi u fotoprovodnom

(photoconductive) režimu. U fotoprovodnom režimu je odzivfotodiode na upadnu svetlost brži nego u fotonaponskom re-žimu jer je, zbog inverzne polarizacije, kapacitivnost pn spojamanja. Tipicno vreme odziva fotodiode na impulsnu svetlo-snu pobudu je reda velicine nanosekunde.

Page 136: komponente Poluprovodniˇcka Elektronske komponentemikro.elfak.ni.ac.rs/wp-content/uploads/EK_Predavanja_02.pdf · Predavanja 2016. Elektronske komponente Poluprovodnici Poluprovodniˇcka

Elektronskekomponente

Diode

Princip radaDirektna polarizacija

Inverzna polarizacija

Proboj

Uticaj temperature

Radna tacka

Tipovi diodaIspravljacke diode

Prekidacke diode

Zener diode

TVS diode (informativno)

Šotkijeve diode

Varikap diode

LE diode

Fotodiode

Tipovi diodaFotodiode: Fotoprovodni režim

Detektor objekta na kratkim rastojanjima (proximity sensor).Infracrvena LE dioda D1 i fotodioda D2 u fotoprovodnom re-žimu.

Page 137: komponente Poluprovodniˇcka Elektronske komponentemikro.elfak.ni.ac.rs/wp-content/uploads/EK_Predavanja_02.pdf · Predavanja 2016. Elektronske komponente Poluprovodnici Poluprovodniˇcka

Elektronskekomponente

Diode

Princip radaDirektna polarizacija

Inverzna polarizacija

Proboj

Uticaj temperature

Radna tacka

Tipovi diodaIspravljacke diode

Prekidacke diode

Zener diode

TVS diode (informativno)

Šotkijeve diode

Varikap diode

LE diode

Fotodiode

Završne napomeneDodatna literatura

Z. Prijic, A. Prijic, Uvod u poluprovodnicke komponente i

njihovu primenu, Elektronski fakultet u Nišu, 2014. (ISBN:978-86-6125-107-8)Mole se studenti prve godine da procitaju Predgovor, u kome je naznaceno

koji deo materijala se odnosi na predmet ELEKTRONSKE KOMPONENTE.

T. Floyd, Electronic Devices (Conventonal Current Version),9th ed., Pearson, 2013. (ISBN: 1292025646)

Napomena: Prikazane elektricne šeme ne ukljucuju sve deta-lje i mogu se koristiti iskljucivo u obrazovne svrhe.

Page 138: komponente Poluprovodniˇcka Elektronske komponentemikro.elfak.ni.ac.rs/wp-content/uploads/EK_Predavanja_02.pdf · Predavanja 2016. Elektronske komponente Poluprovodnici Poluprovodniˇcka

Elektronskekomponente

Bipolarni tranzistor

Struktura i principradaStruktura

Princip rada

Tehnološka realizacija(informativno)

Elektricnekarakteristike

Tranzistor kaoprekidac

Tranzistor kaopojacavac

Fototranzistor

Optokapler

Elektronske komponenteBipolarni tranzistor

Z. Prijic, D. Mancic

Univerzitet u NišuElektronski fakultet u Nišu

Predavanja 2016.

Page 139: komponente Poluprovodniˇcka Elektronske komponentemikro.elfak.ni.ac.rs/wp-content/uploads/EK_Predavanja_02.pdf · Predavanja 2016. Elektronske komponente Poluprovodnici Poluprovodniˇcka

Elektronskekomponente

Bipolarni tranzistor

Struktura i principradaStruktura

Princip rada

Tehnološka realizacija(informativno)

Elektricnekarakteristike

Tranzistor kaoprekidac

Tranzistor kaopojacavac

Fototranzistor

Optokapler

Sadržaj

Struktura i princip radaStrukturaPrincip radaTehnološka realizacija (informativno)

Elektricne karakteristike

Tranzistor kao prekidac

Tranzistor kao pojacavac

Fototranzistor

Optokapler

Page 140: komponente Poluprovodniˇcka Elektronske komponentemikro.elfak.ni.ac.rs/wp-content/uploads/EK_Predavanja_02.pdf · Predavanja 2016. Elektronske komponente Poluprovodnici Poluprovodniˇcka

Elektronskekomponente

Bipolarni tranzistor

Struktura i principradaStruktura

Princip rada

Tehnološka realizacija(informativno)

Elektricnekarakteristike

Tranzistor kaoprekidac

Tranzistor kaopojacavac

Fototranzistor

Optokapler

Definicija

Bipolarni tranzistor (bipolar junction transistor – BJT) je po-luprovodnicka komponenta koja ima tri elektrode. One senazivaju emitor, baza i kolektor (emitter, base, collector). Uzavisnosti od tehnološke realizacije, razlikuju se dve vrste bi-polarnih tranzistora:

npn tranzistori

pnp tranzistori

Rec tranzistor je kovanica koja potice od engleskih reci tran-sferred i resistance.

Page 141: komponente Poluprovodniˇcka Elektronske komponentemikro.elfak.ni.ac.rs/wp-content/uploads/EK_Predavanja_02.pdf · Predavanja 2016. Elektronske komponente Poluprovodnici Poluprovodniˇcka

Elektronskekomponente

Bipolarni tranzistor

Struktura i principradaStruktura

Princip rada

Tehnološka realizacija(informativno)

Elektricnekarakteristike

Tranzistor kaoprekidac

Tranzistor kaopojacavac

Fototranzistor

Optokapler

Elektricni simboli(a) npn tranzistor; (b) pnp tranzistor

Baza (B)

Emitor(E)

Kolektor (C)

Q Baza (B)

Emitor(E)

Kolektor (C)

Q

(a) (b)

Uobicajena slovna oznaka za bipolarni tranzistor u elektric-nim šemama je Q.

Page 142: komponente Poluprovodniˇcka Elektronske komponentemikro.elfak.ni.ac.rs/wp-content/uploads/EK_Predavanja_02.pdf · Predavanja 2016. Elektronske komponente Poluprovodnici Poluprovodniˇcka

Elektronskekomponente

Bipolarni tranzistor

Struktura i principradaStruktura

Princip rada

Tehnološka realizacija(informativno)

Elektricnekarakteristike

Tranzistor kaoprekidac

Tranzistor kaopojacavac

Fototranzistor

Optokapler

StrukturaStruktura i osnovna polarizacija npn (a) i pnp (b) tranzistora.

Bipolarni tranzistor se sastoji od dva pn spoja: (1) izmedubaze i emitora (BE) i (2) baze i kolektora (BC). Osnovna po-larizacija podrazumeva da je prvi p–n spoj polarisan direktno,a drugi inverzno.

Page 143: komponente Poluprovodniˇcka Elektronske komponentemikro.elfak.ni.ac.rs/wp-content/uploads/EK_Predavanja_02.pdf · Predavanja 2016. Elektronske komponente Poluprovodnici Poluprovodniˇcka

Elektronskekomponente

Bipolarni tranzistor

Struktura i principradaStruktura

Princip rada

Tehnološka realizacija(informativno)

Elektricnekarakteristike

Tranzistor kaoprekidac

Tranzistor kaopojacavac

Fototranzistor

Optokapler

Polarizacija

Smisao polarizacije je u tome da omoguci protok struje kroztranzistor, od kolektora ka emitoru, pri cemu se intenzitet togprotoka kontroliše preko baze. Realna polarizacija npn tran-zistora pretpostavlja upotrebu naponskih izvora i otpornika(polarizacija pnp tranzistora je analogna, s tim što su napon-ski izvori suprotnog znaka).

Page 144: komponente Poluprovodniˇcka Elektronske komponentemikro.elfak.ni.ac.rs/wp-content/uploads/EK_Predavanja_02.pdf · Predavanja 2016. Elektronske komponente Poluprovodnici Poluprovodniˇcka

Elektronskekomponente

Bipolarni tranzistor

Struktura i principradaStruktura

Princip rada

Tehnološka realizacija(informativno)

Elektricnekarakteristike

Tranzistor kaoprekidac

Tranzistor kaopojacavac

Fototranzistor

Optokapler

Sadržaj

Struktura i princip radaStrukturaPrincip radaTehnološka realizacija (informativno)

Elektricne karakteristike

Tranzistor kao prekidac

Tranzistor kao pojacavac

Fototranzistor

Optokapler

Page 145: komponente Poluprovodniˇcka Elektronske komponentemikro.elfak.ni.ac.rs/wp-content/uploads/EK_Predavanja_02.pdf · Predavanja 2016. Elektronske komponente Poluprovodnici Poluprovodniˇcka

Elektronskekomponente

Bipolarni tranzistor

Struktura i principradaStruktura

Princip rada

Tehnološka realizacija(informativno)

Elektricnekarakteristike

Tranzistor kaoprekidac

Tranzistor kaopojacavac

Fototranzistor

Optokapler

Princip rada

Elektroni u tranzistor ulaze preko kontakta emitora, cineci nataj nacin struju emitora IE. Pod dejstvom napona direktne po-larizacije VBE, elektroni iz emitora prelaze u bazu, a šupljineiz baze u emitor.

Page 146: komponente Poluprovodniˇcka Elektronske komponentemikro.elfak.ni.ac.rs/wp-content/uploads/EK_Predavanja_02.pdf · Predavanja 2016. Elektronske komponente Poluprovodnici Poluprovodniˇcka

Elektronskekomponente

Bipolarni tranzistor

Struktura i principradaStruktura

Princip rada

Tehnološka realizacija(informativno)

Elektricnekarakteristike

Tranzistor kaoprekidac

Tranzistor kaopojacavac

Fototranzistor

Optokapler

Princip rada

Pošto se šupljine krecu samo prividno, njihovo kretanje u stvaripredstavlja kretanje elektrona koji napuštaju tranzistor krozkontakt baze, cineci na taj nacin struju baze IB.

Page 147: komponente Poluprovodniˇcka Elektronske komponentemikro.elfak.ni.ac.rs/wp-content/uploads/EK_Predavanja_02.pdf · Predavanja 2016. Elektronske komponente Poluprovodnici Poluprovodniˇcka

Elektronskekomponente

Bipolarni tranzistor

Struktura i principradaStruktura

Princip rada

Tehnološka realizacija(informativno)

Elektricnekarakteristike

Tranzistor kaoprekidac

Tranzistor kaopojacavac

Fototranzistor

Optokapler

Princip rada

S obzirom da je emitor jako dopiran (n+), broj elektrona kojiprelaze u bazu je mnogo veci od broja šupljina koje prelazeu emitor. Pošto je baza tanka, najveci broj elektrona koji unju udu iz emitora difuzijom stiže do osiromašene oblasti p–nspoja baza–kolektor.

Page 148: komponente Poluprovodniˇcka Elektronske komponentemikro.elfak.ni.ac.rs/wp-content/uploads/EK_Predavanja_02.pdf · Predavanja 2016. Elektronske komponente Poluprovodnici Poluprovodniˇcka

Elektronskekomponente

Bipolarni tranzistor

Struktura i principradaStruktura

Princip rada

Tehnološka realizacija(informativno)

Elektricnekarakteristike

Tranzistor kaoprekidac

Tranzistor kaopojacavac

Fototranzistor

Optokapler

Princip radaSimbolicki prikaz struja unutar npn tranzistora.

Ovi elektroni, pod uticajem elektricnog polja sa kolektora, bi-vaju prevuceni preko osiromašene oblasti, tako da dalje pro-laze kroz oblast kolektora. Elektroni izlaze iz tranzistora nakontaktu kolektora, cineci na taj nacin struju kolektora IC.

Page 149: komponente Poluprovodniˇcka Elektronske komponentemikro.elfak.ni.ac.rs/wp-content/uploads/EK_Predavanja_02.pdf · Predavanja 2016. Elektronske komponente Poluprovodnici Poluprovodniˇcka

Elektronskekomponente

Bipolarni tranzistor

Struktura i principradaStruktura

Princip rada

Tehnološka realizacija(informativno)

Elektricnekarakteristike

Tranzistor kaoprekidac

Tranzistor kaopojacavac

Fototranzistor

Optokapler

Princip rada

Naziv bipolarni tranzistor je asocijacija na cinjenicu da u tran-sportu ucestvuju obe vrste nosilaca naelektrisanja (elektroni išupljine). Unutar tranzistora postoje još i struje koje su pos-ledica rekombinacionih procesa, ali one ovde nece biti de-taljinije razmatrane. Ipak, treba napomenuti da ove struje,pod odredenim uslovima, mogu znacajno da uticu na osobinetranzistora.

Page 150: komponente Poluprovodniˇcka Elektronske komponentemikro.elfak.ni.ac.rs/wp-content/uploads/EK_Predavanja_02.pdf · Predavanja 2016. Elektronske komponente Poluprovodnici Poluprovodniˇcka

Elektronskekomponente

Bipolarni tranzistor

Struktura i principradaStruktura

Princip rada

Tehnološka realizacija(informativno)

Elektricnekarakteristike

Tranzistor kaoprekidac

Tranzistor kaopojacavac

Fototranzistor

Optokapler

Princip radaStruje

Struje na kontaktima tranzistora ocigledno su povezane rela-cijom:

IE = IB + IC , (1)

pri cemu je struja kolektora mnogo veca od struje baze. Strujakroz p–n spoj je:

I = IS

exp

V

Vt

− 1

, (2)

pri cemu je V napon na p–n spoju, IS je inverzna struja zasi-cenja p–n spoja, a Vt je termicki napon1.

1Videti predavanja o diodama.

Page 151: komponente Poluprovodniˇcka Elektronske komponentemikro.elfak.ni.ac.rs/wp-content/uploads/EK_Predavanja_02.pdf · Predavanja 2016. Elektronske komponente Poluprovodnici Poluprovodniˇcka

Elektronskekomponente

Bipolarni tranzistor

Struktura i principradaStruktura

Princip rada

Tehnološka realizacija(informativno)

Elektricnekarakteristike

Tranzistor kaoprekidac

Tranzistor kaopojacavac

Fototranzistor

Optokapler

Princip radaStrujno pojacanje

Pošto je p–n spoj baza–emitor direktno polarisan, struje bazei kolektora su eksponencijalno zavisne od napona VBE. Zbogtoga je njihov odnos konstantan:

β =IC

IB!!! (3)

Velicina β naziva se strujno pojacanje (current gain), a ozna-cava se još i kao βDC.

Page 152: komponente Poluprovodniˇcka Elektronske komponentemikro.elfak.ni.ac.rs/wp-content/uploads/EK_Predavanja_02.pdf · Predavanja 2016. Elektronske komponente Poluprovodnici Poluprovodniˇcka

Elektronskekomponente

Bipolarni tranzistor

Struktura i principradaStruktura

Princip rada

Tehnološka realizacija(informativno)

Elektricnekarakteristike

Tranzistor kaoprekidac

Tranzistor kaopojacavac

Fototranzistor

Optokapler

Princip radaStrujno pojacanje

Vrednost strujnog pojacanja se, zavisno od tranzistora, stan-dardno krece u opsegu 50–500. Tipicne vrednosti su 100–200, što znaci da je struja kolektora npr. 100 puta veca odstruje baze! Korišcenjem definicije strujnog pojacanja, strujaemitora se može izraziti u obliku:

IE = (1+ β)IB , (4)

pri cemu se, za β ≫ 1, koristi aproksimacija:

IE ≃ β IB = IC . (5)

Page 153: komponente Poluprovodniˇcka Elektronske komponentemikro.elfak.ni.ac.rs/wp-content/uploads/EK_Predavanja_02.pdf · Predavanja 2016. Elektronske komponente Poluprovodnici Poluprovodniˇcka

Elektronskekomponente

Bipolarni tranzistor

Struktura i principradaStruktura

Princip rada

Tehnološka realizacija(informativno)

Elektricnekarakteristike

Tranzistor kaoprekidac

Tranzistor kaopojacavac

Fototranzistor

Optokapler

Princip rada(a) npn tranzistor i (b) pnp tranzistor u konfiguraciji sa zajednickimemitorom

Mogu se razlikovati ulazno i izlazno kolo, sa referencom nazajednicku elektrodu. Pošto je zajednicka elektroda emitor,ulazno kolo se u ovom slucaju naziva kolo baze, a izlaznokôlo kolektora.

Page 154: komponente Poluprovodniˇcka Elektronske komponentemikro.elfak.ni.ac.rs/wp-content/uploads/EK_Predavanja_02.pdf · Predavanja 2016. Elektronske komponente Poluprovodnici Poluprovodniˇcka

Elektronskekomponente

Bipolarni tranzistor

Struktura i principradaStruktura

Princip rada

Tehnološka realizacija(informativno)

Elektricnekarakteristike

Tranzistor kaoprekidac

Tranzistor kaopojacavac

Fototranzistor

Optokapler

Princip rada(a) npn tranzistor i (b) pnp tranzistor u konfiguraciji sa zajednickimemitorom

Struja baze se može posmatrati kao kontrolni parametar uulaznom kolu, pomocu koga se upravlja strujom kolektora uizlaznom kolu. Mala promena struje baze izaziva veliku pro-menu struje kolektora, pa se tranzistor može posmatrati kaopojacavac struje.

Page 155: komponente Poluprovodniˇcka Elektronske komponentemikro.elfak.ni.ac.rs/wp-content/uploads/EK_Predavanja_02.pdf · Predavanja 2016. Elektronske komponente Poluprovodnici Poluprovodniˇcka

Elektronskekomponente

Bipolarni tranzistor

Struktura i principradaStruktura

Princip rada

Tehnološka realizacija(informativno)

Elektricnekarakteristike

Tranzistor kaoprekidac

Tranzistor kaopojacavac

Fototranzistor

Optokapler

Princip rada(a) npn tranzistor i (b) pnp tranzistor u konfiguraciji sa zajednickimemitorom

Pored toga, kada nema struje baze (u odsustvu napona VBB),tada nema ni struje kolektora, pa se tranzistor može posma-trati kao prekidac. Kao zakljucak se može izvesti: Dva osnovna nacina primene bipolarnog tranzistora su:

pojacavac i prekidac.

Pored konfiguracije sa zajednickim emitorom, moguce su ikonfiguracije sa zajednickom bazom, kao i sa zajednickim ko-lektorom.

Page 156: komponente Poluprovodniˇcka Elektronske komponentemikro.elfak.ni.ac.rs/wp-content/uploads/EK_Predavanja_02.pdf · Predavanja 2016. Elektronske komponente Poluprovodnici Poluprovodniˇcka

Elektronskekomponente

Bipolarni tranzistor

Struktura i principradaStruktura

Princip rada

Tehnološka realizacija(informativno)

Elektricnekarakteristike

Tranzistor kaoprekidac

Tranzistor kaopojacavac

Fototranzistor

Optokapler

Sadržaj

Struktura i princip radaStrukturaPrincip radaTehnološka realizacija (informativno)

Elektricne karakteristike

Tranzistor kao prekidac

Tranzistor kao pojacavac

Fototranzistor

Optokapler

Page 157: komponente Poluprovodniˇcka Elektronske komponentemikro.elfak.ni.ac.rs/wp-content/uploads/EK_Predavanja_02.pdf · Predavanja 2016. Elektronske komponente Poluprovodnici Poluprovodniˇcka

Elektronskekomponente

Bipolarni tranzistor

Struktura i principradaStruktura

Princip rada

Tehnološka realizacija(informativno)

Elektricnekarakteristike

Tranzistor kaoprekidac

Tranzistor kaopojacavac

Fototranzistor

Optokapler

Tehnološka realizacijaIlustracija tehnološke realizacije npn tranzistora kao diskretne komponente

Kada se realizuju kao diskretne komponente, na jako dopiranisupstrat se nanosi slabo dopirani epitaksijalni sloj. Supstrat iepitaksijalni sloj su dopirani primesama istog tipa. Zatim seuzastopnim difuzijama formiraju baza i emitor.

Page 158: komponente Poluprovodniˇcka Elektronske komponentemikro.elfak.ni.ac.rs/wp-content/uploads/EK_Predavanja_02.pdf · Predavanja 2016. Elektronske komponente Poluprovodnici Poluprovodniˇcka

Elektronskekomponente

Bipolarni tranzistor

Struktura i principradaStruktura

Princip rada

Tehnološka realizacija(informativno)

Elektricnekarakteristike

Tranzistor kaoprekidac

Tranzistor kaopojacavac

Fototranzistor

Optokapler

Tehnološka realizacijaIlustracija tehnološke realizacije npn tranzistora kao diskretne komponente

Jako dopirani supstrat smanjuje rednu otpotnost do kontaktakolektora, jer je debljina supstrata nekoliko stotina µm. Timese omogucava da najveci gradijent napona VBC bude upravona delu epitaksijalnog sloja izmedu supstrata i difuzije baze.

Page 159: komponente Poluprovodniˇcka Elektronske komponentemikro.elfak.ni.ac.rs/wp-content/uploads/EK_Predavanja_02.pdf · Predavanja 2016. Elektronske komponente Poluprovodnici Poluprovodniˇcka

Elektronskekomponente

Bipolarni tranzistor

Struktura i principradaStruktura

Princip rada

Tehnološka realizacija(informativno)

Elektricnekarakteristike

Tranzistor kaoprekidac

Tranzistor kaopojacavac

Fototranzistor

Optokapler

Tehnološka realizacijaIlustracija tehnološke realizacije npn tranzistora kao diskretne komponente

To rezultira elektricnim poljem koje je dovoljno jako da elek-trone prevuce preko osiromašene oblasti p–n spoja baza–kolektor.Dodatna p+ difuzija unutar baze služi za ostvarivanje dobrogomskog kontakta izmedu tela baze i metalizacije.

Page 160: komponente Poluprovodniˇcka Elektronske komponentemikro.elfak.ni.ac.rs/wp-content/uploads/EK_Predavanja_02.pdf · Predavanja 2016. Elektronske komponente Poluprovodnici Poluprovodniˇcka

Elektronskekomponente

Bipolarni tranzistor

Struktura i principradaStruktura

Princip rada

Tehnološka realizacija(informativno)

Elektricnekarakteristike

Tranzistor kaoprekidac

Tranzistor kaopojacavac

Fototranzistor

Optokapler

Tehnološka realizacijaPrimer profila primesa diskretnog npn tranzistora (presek duž delazamišljene linije E− C).

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

11

12

13

14

15

16

17

18

19

20

Neto

kon

cen

traci

ja p

rim

esa

(cm

-3)

x (µm)

n+ emitor

p baza

n kolektor

n+ supstrat

0

p-n spoj baza-emitor

p-n spoj baza-kolektor

Page 161: komponente Poluprovodniˇcka Elektronske komponentemikro.elfak.ni.ac.rs/wp-content/uploads/EK_Predavanja_02.pdf · Predavanja 2016. Elektronske komponente Poluprovodnici Poluprovodniˇcka

Elektronskekomponente

Bipolarni tranzistor

Struktura i principradaStruktura

Princip rada

Tehnološka realizacija(informativno)

Elektricnekarakteristike

Tranzistor kaoprekidac

Tranzistor kaopojacavac

Fototranzistor

Optokapler

Tehnološka realizacijaIlustracija tehnološke realizacije npn tranzistora kao komponente uintegrisanim kolima

Kada se realizuju u okviru integrisanih kola tada se na istomcipu (odnosno u istom supstratu), pored bipolarnog tranzis-tora, nalaze i druge komponente. Zbog toga je izmedu njihpotrebno obezbediti elektricnu izolaciju. To se postiže spaja-njem supstrata na najniži potencijal u kolu, cime je p–n spojkoji cine supstrat i epitaksijalni sloj stalno inverzno polarisan.

Page 162: komponente Poluprovodniˇcka Elektronske komponentemikro.elfak.ni.ac.rs/wp-content/uploads/EK_Predavanja_02.pdf · Predavanja 2016. Elektronske komponente Poluprovodnici Poluprovodniˇcka

Elektronskekomponente

Bipolarni tranzistor

Struktura i principradaStruktura

Princip rada

Tehnološka realizacija(informativno)

Elektricnekarakteristike

Tranzistor kaoprekidac

Tranzistor kaopojacavac

Fototranzistor

Optokapler

Tehnološka realizacijaIlustracija tehnološke realizacije npn tranzistora kao komponente uintegrisanim kolima

Treba primetiti da su u ovom slucaju supstrat i epitaksijalnisloj dopirani primesama razlicitog tipa. Tako se epitaksijalnisloj deli na tzv. izolaciona ostrva, unutar kojih se realizujupojedinacne komponente. Komponente su medusobno izolo-vane inverzno polarisanim p–n spojem supstrat–epitaksijalnisloj. Postoje i druge tehnike izolacije izmedu komponenata uintegrisanim kolima.

Page 163: komponente Poluprovodniˇcka Elektronske komponentemikro.elfak.ni.ac.rs/wp-content/uploads/EK_Predavanja_02.pdf · Predavanja 2016. Elektronske komponente Poluprovodnici Poluprovodniˇcka

Elektronskekomponente

Bipolarni tranzistor

Struktura i principradaStruktura

Princip rada

Tehnološka realizacija(informativno)

Elektricnekarakteristike

Tranzistor kaoprekidac

Tranzistor kaopojacavac

Fototranzistor

Optokapler

Tehnološka realizacijaIlustracija tehnološke realizacije npn tranzistora kao komponente uintegrisanim kolima

Redna otpornost kolektora se smanjuje dodavanjem n+ difu-zije duž dela izolacionog ostrva. U ovom slucaju struja kroztranzistor tece lateralno.

Page 164: komponente Poluprovodniˇcka Elektronske komponentemikro.elfak.ni.ac.rs/wp-content/uploads/EK_Predavanja_02.pdf · Predavanja 2016. Elektronske komponente Poluprovodnici Poluprovodniˇcka

Elektronskekomponente

Bipolarni tranzistor

Struktura i principradaStruktura

Princip rada

Tehnološka realizacija(informativno)

Elektricnekarakteristike

Tranzistor kaoprekidac

Tranzistor kaopojacavac

Fototranzistor

Optokapler

PakovanjaPakovanja diskretnih bipolarnih tranzistora

Diskretni bipolarni tranzistori se pakuju u razlicita kucišta,ciji materijal, oblik i dimenzije prvenstveno zavise od namenetranzistora. Kucišta su standardizovana i prilagodena odrede-nom nacinu montaže.

Diskretni bipolarni tranzistori u kucištima: TO-92 (straightlead), TO-92 (bent lead), TO-18, TO-39 i TO-126 (s leva nadesno).

Page 165: komponente Poluprovodniˇcka Elektronske komponentemikro.elfak.ni.ac.rs/wp-content/uploads/EK_Predavanja_02.pdf · Predavanja 2016. Elektronske komponente Poluprovodnici Poluprovodniˇcka

Elektronskekomponente

Bipolarni tranzistor

Struktura i principradaStruktura

Princip rada

Tehnološka realizacija(informativno)

Elektricnekarakteristike

Tranzistor kaoprekidac

Tranzistor kaopojacavac

Fototranzistor

Optokapler

Pakovanja

Neka kucišta se odlikuju dodatnim otvorima koji su predvi-deni za pricvršcivanje hladnjaka.

Pomocu bipolarnih tranzistora u integrisanim kolima reali-zuju se složenija elektronska kola. Ova kola predstavljaju vecefunkcionalne celine (npr. operacioni pojacavaci), pa se tran-zistorima unutar njih ne može pojedinacno pristupiti.

Page 166: komponente Poluprovodniˇcka Elektronske komponentemikro.elfak.ni.ac.rs/wp-content/uploads/EK_Predavanja_02.pdf · Predavanja 2016. Elektronske komponente Poluprovodnici Poluprovodniˇcka

Elektronskekomponente

Bipolarni tranzistor

Struktura i principradaStruktura

Princip rada

Tehnološka realizacija(informativno)

Elektricnekarakteristike

Tranzistor kaoprekidac

Tranzistor kaopojacavac

Fototranzistor

Optokapler

PakovanjaDisipacija snage

Termovizijska slika raspodele temperature na tranzistoru BD241Cpri kontinualnom protoku struje IC ≃ 2.5A. Na kucište tran-zistora je montiran rebrasti hladnjak. Skala je u opsegu 27 C–136 C.

Page 167: komponente Poluprovodniˇcka Elektronske komponentemikro.elfak.ni.ac.rs/wp-content/uploads/EK_Predavanja_02.pdf · Predavanja 2016. Elektronske komponente Poluprovodnici Poluprovodniˇcka

Elektronskekomponente

Bipolarni tranzistor

Struktura i principradaStruktura

Princip rada

Tehnološka realizacija(informativno)

Elektricnekarakteristike

Tranzistor kaoprekidac

Tranzistor kaopojacavac

Fototranzistor

Optokapler

Podela

Diskretni bipolarni tranzistori se prema nameni mogu uop-šteno podeliti na:

tranzistore opšte namene (general purpose BJTs), tranzistore za rad na visokim ucestanostima (RF BJTs)2,

tranzistore snage (power BJTs).

2RF je skaracenica od Radio Frequency.

Page 168: komponente Poluprovodniˇcka Elektronske komponentemikro.elfak.ni.ac.rs/wp-content/uploads/EK_Predavanja_02.pdf · Predavanja 2016. Elektronske komponente Poluprovodnici Poluprovodniˇcka

Elektronskekomponente

Bipolarni tranzistor

Struktura i principradaStruktura

Princip rada

Tehnološka realizacija(informativno)

Elektricnekarakteristike

Tranzistor kaoprekidac

Tranzistor kaopojacavac

Fototranzistor

Optokapler

Elektricne karakteristike

Prilikom analize elektricnih karakteristika bipolarnog tranzis-tora potrebno je posmatrati promenu razlike potencijala iz-medu elektroda u zavisnosti od spoljašnje polarizacije:

Q1RB

RC

+VCC

+VBB

IB

IE

IC

VBE

+

VBC

-

-

B

C

E

VCE

-

-

+

Page 169: komponente Poluprovodniˇcka Elektronske komponentemikro.elfak.ni.ac.rs/wp-content/uploads/EK_Predavanja_02.pdf · Predavanja 2016. Elektronske komponente Poluprovodnici Poluprovodniˇcka

Elektronskekomponente

Bipolarni tranzistor

Struktura i principradaStruktura

Princip rada

Tehnološka realizacija(informativno)

Elektricnekarakteristike

Tranzistor kaoprekidac

Tranzistor kaopojacavac

Fototranzistor

Optokapler

Elektricne karakteristike

Q1RB

RC

+VCC

+VBB

IB

IE

IC

VBE

+

VBC

-

-

B

C

E

VCE

-

-

+

Kada je p–n spoj baza–emitor direktno polarisan, tada je na-pon VBE ≥ VD, pri cemu je VD ≃ 0.75V ugradeni napon p–nspoja. U tom slucaju je:

IB =VBB − VBE

RB

. (6)

Za konstantnu vrednost napona VBB ce i struja IB biti kons-tantna.

Page 170: komponente Poluprovodniˇcka Elektronske komponentemikro.elfak.ni.ac.rs/wp-content/uploads/EK_Predavanja_02.pdf · Predavanja 2016. Elektronske komponente Poluprovodnici Poluprovodniˇcka

Elektronskekomponente

Bipolarni tranzistor

Struktura i principradaStruktura

Princip rada

Tehnološka realizacija(informativno)

Elektricnekarakteristike

Tranzistor kaoprekidac

Tranzistor kaopojacavac

Fototranzistor

Optokapler

Elektricne karakteristike

Q1RB

RC

+VCC

+VBB

IB

IE

IC

VBE

+

VBC

-

-

B

C

E

VCE

-

-

+

Ako je napon VCC = 0V, tada je i p–n spoj baza–kolektor di-rektno polarisan, pa je VBC ≃ VD. U prvoj aproksimaciji3 semože uzeti VBE = VBC = VD. Tada je VCE = VBE − VBC ≃ 0 V.Struja koja tece kroz tranzistor je struja direktne polarizacijep–n spoja baza–emitor, odnosno IE ≃ IB.

3Smatra se da su p-n spojevi BE i BC identicni.

Page 171: komponente Poluprovodniˇcka Elektronske komponentemikro.elfak.ni.ac.rs/wp-content/uploads/EK_Predavanja_02.pdf · Predavanja 2016. Elektronske komponente Poluprovodnici Poluprovodniˇcka

Elektronskekomponente

Bipolarni tranzistor

Struktura i principradaStruktura

Princip rada

Tehnološka realizacija(informativno)

Elektricnekarakteristike

Tranzistor kaoprekidac

Tranzistor kaopojacavac

Fototranzistor

Optokapler

Elektricne karakteristike

Q1RB

RC

+VCC

+VBB

IB

IE

IC

VBE

+

VBC

-

-

B

C

E

VCE

-

-

+

Porast napona VCC uzrokuje porast napona VCE, odnosno sma-njenje napona VBC. Kroz tranzistor pocinje da tece struja IC

IC =VCC − VCE

RC

, (7)

koja raste kako se smanjuje napon direktne polarizacije p–nspoja baza–kolektor VBC. Drugim recima, sa smanjenjem na-pona VBC tranzistor postaje „propusniji“ .

Page 172: komponente Poluprovodniˇcka Elektronske komponentemikro.elfak.ni.ac.rs/wp-content/uploads/EK_Predavanja_02.pdf · Predavanja 2016. Elektronske komponente Poluprovodnici Poluprovodniˇcka

Elektronskekomponente

Bipolarni tranzistor

Struktura i principradaStruktura

Princip rada

Tehnološka realizacija(informativno)

Elektricnekarakteristike

Tranzistor kaoprekidac

Tranzistor kaopojacavac

Fototranzistor

Optokapler

Elektricne karakteristike

Q1RB

RC

+VCC

+VBB

IB

IE

IC

VBE

+

VBC

-

-

B

C

E

VCE

-

-

+

Kada p–n spoj baza–kolektor postane inverzno polarisan, po-javljuje se pojacavacki efekat (VBC ≤ 0 V ⇒ VCE ≥ VD u ide-alnom slucaju). Tada struja IC postaje konstantna i odredena

relacijom (3). Tranzistor je postigao maksimum svoje „pro-pusne moci“ pri datoj struji IB. Zbog toga dalje smanjenjenapona VBC (zbog porasta napona VCC) ne povecava stuju IC.

Page 173: komponente Poluprovodniˇcka Elektronske komponentemikro.elfak.ni.ac.rs/wp-content/uploads/EK_Predavanja_02.pdf · Predavanja 2016. Elektronske komponente Poluprovodnici Poluprovodniˇcka

Elektronskekomponente

Bipolarni tranzistor

Struktura i principradaStruktura

Princip rada

Tehnološka realizacija(informativno)

Elektricnekarakteristike

Tranzistor kaoprekidac

Tranzistor kaopojacavac

Fototranzistor

Optokapler

Elektricne karakteristikeZavisnost struje kolektora od napona izmedu baze i kolektora kod npntranzistora

0

20

40

60

80

100

120

-1 -0,75 -0,5 -0,25 0 0,25 0,5 0,75 1

VBC (V)

IB = Const.

I C (

mA

)

VD

Realno, pojacavacki efekat ce se ispoljiti dok je p–n spoj baza–kolektor još uvek direktno polarisan, cim napon VBC opadnedovoljno da kroz spoj ne tece znacajna struja direktne polari-zacije.

Page 174: komponente Poluprovodniˇcka Elektronske komponentemikro.elfak.ni.ac.rs/wp-content/uploads/EK_Predavanja_02.pdf · Predavanja 2016. Elektronske komponente Poluprovodnici Poluprovodniˇcka

Elektronskekomponente

Bipolarni tranzistor

Struktura i principradaStruktura

Princip rada

Tehnološka realizacija(informativno)

Elektricnekarakteristike

Tranzistor kaoprekidac

Tranzistor kaopojacavac

Fototranzistor

Optokapler

Elektricne karakteristikeZakocenje

Kada je napon VBB = 0V, p–n spoj baza–emitor nije direktnopolarisan. Zbog toga je IB = 0 A, pa ne teku ni struje IE i IC,tako da je VCE ≃ VCC. Tranzistor se može smatrati zakoce-

nim (cutoff) ili iskljucenim. Kada je tranzistor zakocen, kroznjega teku samo inverzne struje zasicenja p–n spojeva, kojese na sobnoj temperaturi mogu zanemariti. Suštinski, zako-cenje tranzistora se može posmatrati kao situacija u kojoj suoba p–n spoja inverzno polarisana.

Tranzistor je zakocen kada su mu oba p–n spojainverzno polarisana.

Page 175: komponente Poluprovodniˇcka Elektronske komponentemikro.elfak.ni.ac.rs/wp-content/uploads/EK_Predavanja_02.pdf · Predavanja 2016. Elektronske komponente Poluprovodnici Poluprovodniˇcka

Elektronskekomponente

Bipolarni tranzistor

Struktura i principradaStruktura

Princip rada

Tehnološka realizacija(informativno)

Elektricnekarakteristike

Tranzistor kaoprekidac

Tranzistor kaopojacavac

Fototranzistor

Optokapler

Elektricne karakteristike

Kada napon VBB poraste tako da direktno polariše p–n spojbaza–emitor, kroz tranzistor tece struja IB. Porast napona VBB

uzrokuje i porast struje IB, prema (6). Sa porastom strujeIB raste i struja IC, prema (3). Za svaku konkretnu vrednoststruje IB se može nacrati po jedna kriva koja prikazuje zavis-nost struje IC od napona VCE. Time se, korišcenjem strujeIB kao parametra ulaznog kola, može dobiti skup strujno–naponskih karakteristika izlaznog kola. Ovaj skup predstavljaizlazne karakteristike tranzistora.

Page 176: komponente Poluprovodniˇcka Elektronske komponentemikro.elfak.ni.ac.rs/wp-content/uploads/EK_Predavanja_02.pdf · Predavanja 2016. Elektronske komponente Poluprovodnici Poluprovodniˇcka

Elektronskekomponente

Bipolarni tranzistor

Struktura i principradaStruktura

Princip rada

Tehnološka realizacija(informativno)

Elektricnekarakteristike

Tranzistor kaoprekidac

Tranzistor kaopojacavac

Fototranzistor

Optokapler

Elektricne karakteristikeIzlazne karakteristike

Page 177: komponente Poluprovodniˇcka Elektronske komponentemikro.elfak.ni.ac.rs/wp-content/uploads/EK_Predavanja_02.pdf · Predavanja 2016. Elektronske komponente Poluprovodnici Poluprovodniˇcka

Elektronskekomponente

Bipolarni tranzistor

Struktura i principradaStruktura

Princip rada

Tehnološka realizacija(informativno)

Elektricnekarakteristike

Tranzistor kaoprekidac

Tranzistor kaopojacavac

Fototranzistor

Optokapler

Elektricne karakteristikeZasicenje

Medutim, porast struje IC zbog porasta struje IB izaziva i sma-njenje napona VCE, jer pad napona na otporniku RC raste:

VCE = VCC − ICRC . (8)

Kada napon VCE postane dovoljno mali da p–n spoj baza–kolektor bude direktno polarisan, struja IC naglo opada, jer po-jacavacki efekat više ne može da se održi. Zbog toga što su obap–n spoja direktno polarisana, baza je zasicena (saturated)elektronima koji se u nju injektuju iz emitora i kolektora. Prematome, postoji granicna vrednost napona VCE pri kojoj poraststruje IB više ne izaziva porast struje IC. Ova vrednost se na-ziva napon zasicenja i oznacava sa VCE(sat). Radni režim tran-zistora pri ovakvim uslovima polarizacije naziva se zasicenje.

Page 178: komponente Poluprovodniˇcka Elektronske komponentemikro.elfak.ni.ac.rs/wp-content/uploads/EK_Predavanja_02.pdf · Predavanja 2016. Elektronske komponente Poluprovodnici Poluprovodniˇcka

Elektronskekomponente

Bipolarni tranzistor

Struktura i principradaStruktura

Princip rada

Tehnološka realizacija(informativno)

Elektricnekarakteristike

Tranzistor kaoprekidac

Tranzistor kaopojacavac

Fototranzistor

Optokapler

Elektricne karakteristikeZasicenje

Tranzistor je u zasicenju kada su mu oba p–n spojadirektno polarisana.

Napon zasicenja je mali i tipicna vrednost mu je VCE(sat) ≃

0.2 V. Zbog toga se tranzistor u zasicenju može u prvoj aprok-simaciji posmatrati kao kratak spoj izmedu kolektora i emi-tora. Prebacivanjem tranzistora iz zakocenja u zasicenje iobratno, postiže se da tranzistor radi kao prekidac. Treba na-glasiti da za tranzistor u zasicenju relacija β = IC/IB ne važi.

Page 179: komponente Poluprovodniˇcka Elektronske komponentemikro.elfak.ni.ac.rs/wp-content/uploads/EK_Predavanja_02.pdf · Predavanja 2016. Elektronske komponente Poluprovodnici Poluprovodniˇcka

Elektronskekomponente

Bipolarni tranzistor

Struktura i principradaStruktura

Princip rada

Tehnološka realizacija(informativno)

Elektricnekarakteristike

Tranzistor kaoprekidac

Tranzistor kaopojacavac

Fototranzistor

Optokapler

Elektricne karakteristikeAktivni režim

Radna prava je odredena izrazom (8). Izmedu zakocenja izasicenja, duž radne prave, nalazi se aktivna oblast ili aktivni

režim rada tranzistora. U aktivnoj oblasti rada tranzistor radikao pojacavac, tj. važi relacija β = IC/IB.

Tranzistor je u aktivnoj oblasti kada mu je p–n spojbaza–emitor direktno polarisan, a p–n spojbaza–kolektor inverzno polarisan.

Page 180: komponente Poluprovodniˇcka Elektronske komponentemikro.elfak.ni.ac.rs/wp-content/uploads/EK_Predavanja_02.pdf · Predavanja 2016. Elektronske komponente Poluprovodnici Poluprovodniˇcka

Elektronskekomponente

Bipolarni tranzistor

Struktura i principradaStruktura

Princip rada

Tehnološka realizacija(informativno)

Elektricnekarakteristike

Tranzistor kaoprekidac

Tranzistor kaopojacavac

Fototranzistor

Optokapler

Elektricne karakteristikeInverzni aktivni režim

Bipolarni tranzistor može da radi i kada mu je p–n spoj baza–emitor inverzno polarisan, a p–n spoj baza–kolektor direktnopolarisan. Ovaj režim rada naziva se inverzni aktivni režim iliinverzna aktivna oblast.

Tranzistor je u inverznoj aktivnoj oblasti kada mu je p–nspoj baza–emitor inverzno polarisan, a p–n spojbaza–kolektor direktno polarisan.

Strujno pojacanje u inverznom aktivnom režimu je malo.

Page 181: komponente Poluprovodniˇcka Elektronske komponentemikro.elfak.ni.ac.rs/wp-content/uploads/EK_Predavanja_02.pdf · Predavanja 2016. Elektronske komponente Poluprovodnici Poluprovodniˇcka

Elektronskekomponente

Bipolarni tranzistor

Struktura i principradaStruktura

Princip rada

Tehnološka realizacija(informativno)

Elektricnekarakteristike

Tranzistor kaoprekidac

Tranzistor kaopojacavac

Fototranzistor

Optokapler

Elektricne karakteristikePolarizacija p–n spojeva npn tranzistora u razlicitim režimima rada.

VBE

VBC

0

Page 182: komponente Poluprovodniˇcka Elektronske komponentemikro.elfak.ni.ac.rs/wp-content/uploads/EK_Predavanja_02.pdf · Predavanja 2016. Elektronske komponente Poluprovodnici Poluprovodniˇcka

Elektronskekomponente

Bipolarni tranzistor

Struktura i principradaStruktura

Princip rada

Tehnološka realizacija(informativno)

Elektricnekarakteristike

Tranzistor kaoprekidac

Tranzistor kaopojacavac

Fototranzistor

Optokapler

Elektricne karakteristikeOblast proboja.

Napon VCE se u aktivnoj oblasti može povecavati sve dok kodp–n spoja baza–kolektor ne nastupi proboj. Tada dolazi donaglog porasta struje IC.

0

20

40

60

80

100

0 20 40 60 80 100

I C (

mA

)

VCE (V)

oblast proboja

Tranzistor se normalno ne polariše tako da bude u oblasti pro-boja.

Page 183: komponente Poluprovodniˇcka Elektronske komponentemikro.elfak.ni.ac.rs/wp-content/uploads/EK_Predavanja_02.pdf · Predavanja 2016. Elektronske komponente Poluprovodnici Poluprovodniˇcka

Elektronskekomponente

Bipolarni tranzistor

Struktura i principradaStruktura

Princip rada

Tehnološka realizacija(informativno)

Elektricnekarakteristike

Tranzistor kaoprekidac

Tranzistor kaopojacavac

Fototranzistor

Optokapler

Tranzistor kao prekidacIlustracija principa primene npn tranzistora kao otvorenog (a) i zatvorenog(b) prekidaca

RC

VCC

S1Q1RB

RC

VCC

S1Q1RB

VBB

VCC VCE(sat)

IC

(a) (b)

0 V

Kada je tranzistor u oblasti zasicenja, napon zasicenja VCE(sat)

je mali, tako da se tranzistor ponaša približno kao kratak spojna izlazu.

Da bi tranzistor radio kao prekidac, potrebno je da uneprovodnom stanju bude zakocen, a da u provodnomstanju bude u oblasti zasicenja.

Page 184: komponente Poluprovodniˇcka Elektronske komponentemikro.elfak.ni.ac.rs/wp-content/uploads/EK_Predavanja_02.pdf · Predavanja 2016. Elektronske komponente Poluprovodnici Poluprovodniˇcka

Elektronskekomponente

Bipolarni tranzistor

Struktura i principradaStruktura

Princip rada

Tehnološka realizacija(informativno)

Elektricnekarakteristike

Tranzistor kaoprekidac

Tranzistor kaopojacavac

Fototranzistor

Optokapler

Tranzistor kao prekidacOsnovna kola npn (a) i pnp (b) tranzistora kao prekidaca

Kako je napon VCE(sat) mali, njegov uticaj na izlaz kola se za-nemaruje, zbog cega je na slici upotrebljen znak „približnojednako“(≃).

Page 185: komponente Poluprovodniˇcka Elektronske komponentemikro.elfak.ni.ac.rs/wp-content/uploads/EK_Predavanja_02.pdf · Predavanja 2016. Elektronske komponente Poluprovodnici Poluprovodniˇcka

Elektronskekomponente

Bipolarni tranzistor

Struktura i principradaStruktura

Princip rada

Tehnološka realizacija(informativno)

Elektricnekarakteristike

Tranzistor kaoprekidac

Tranzistor kaopojacavac

Fototranzistor

Optokapler

Tranzistor kao prekidacTalasni oblici ulaznog i izlaznog signala u prekidackom kolu pnp tranzistora

Ulazni signal

Izlazni signal

Izlazni signal je invertovan u odnosu na ulazni. Zbog togaosnovno prekidacko kolo tranzistora u logickom smislu pred-stavlja invertor.

Page 186: komponente Poluprovodniˇcka Elektronske komponentemikro.elfak.ni.ac.rs/wp-content/uploads/EK_Predavanja_02.pdf · Predavanja 2016. Elektronske komponente Poluprovodnici Poluprovodniˇcka

Elektronskekomponente

Bipolarni tranzistor

Struktura i principradaStruktura

Princip rada

Tehnološka realizacija(informativno)

Elektricnekarakteristike

Tranzistor kaoprekidac

Tranzistor kaopojacavac

Fototranzistor

Optokapler

Tranzistor kao prekidacNPN tranzistor u kolu LED indikatora stanja

Kada je VBB = 0 V, tranzistor je zakocen, pa kroz LE diodune tece struja. Kada je VBB = 5V, tranzistor treba da bude uoblasti zasicenja, tako da kroz LE diodu tece struja ID1 = IC =

20mA. Za crvenu LE diodu je VD1 = 1.8V.

Page 187: komponente Poluprovodniˇcka Elektronske komponentemikro.elfak.ni.ac.rs/wp-content/uploads/EK_Predavanja_02.pdf · Predavanja 2016. Elektronske komponente Poluprovodnici Poluprovodniˇcka

Elektronskekomponente

Bipolarni tranzistor

Struktura i principradaStruktura

Princip rada

Tehnološka realizacija(informativno)

Elektricnekarakteristike

Tranzistor kaoprekidac

Tranzistor kaopojacavac

Fototranzistor

Optokapler

Tranzistor kao prekidacNPN tranzistor u kolu LED indikatora stanja

Tipicne vrednosti parametara tranzistora su: VCE(sat) = 0.2 V,VBE = 0.75V i β = 100.

Za ove uslove je potrebno odrediti odgovarajuce vrednosti ot-pornika RC i RB tako da tranzistor bude u zasicenju.

Page 188: komponente Poluprovodniˇcka Elektronske komponentemikro.elfak.ni.ac.rs/wp-content/uploads/EK_Predavanja_02.pdf · Predavanja 2016. Elektronske komponente Poluprovodnici Poluprovodniˇcka

Elektronskekomponente

Bipolarni tranzistor

Struktura i principradaStruktura

Princip rada

Tehnološka realizacija(informativno)

Elektricnekarakteristike

Tranzistor kaoprekidac

Tranzistor kaopojacavac

Fototranzistor

Optokapler

Tranzistor kao prekidacNPN tranzistor u kolu LED indikatora stanja

Vrednost otpornika RC odreduje se iz izlaznog kola tranzis-tora:

RC ≃VCC − VD1 − VCE(sat)

IC=

5− 1,8− 0,2

20× 10−3= 150Ω . (9)

Page 189: komponente Poluprovodniˇcka Elektronske komponentemikro.elfak.ni.ac.rs/wp-content/uploads/EK_Predavanja_02.pdf · Predavanja 2016. Elektronske komponente Poluprovodnici Poluprovodniˇcka

Elektronskekomponente

Bipolarni tranzistor

Struktura i principradaStruktura

Princip rada

Tehnološka realizacija(informativno)

Elektricnekarakteristike

Tranzistor kaoprekidac

Tranzistor kaopojacavac

Fototranzistor

Optokapler

Tranzistor kao prekidacNPN tranzistor u kolu LED indikatora stanja

Tranzistor ce biti u zasicenju za svaku struju baze za koju jeispunjen uslov:

IB >IC

β=

20× 10−3

100= 200µA . (10)

Page 190: komponente Poluprovodniˇcka Elektronske komponentemikro.elfak.ni.ac.rs/wp-content/uploads/EK_Predavanja_02.pdf · Predavanja 2016. Elektronske komponente Poluprovodnici Poluprovodniˇcka

Elektronskekomponente

Bipolarni tranzistor

Struktura i principradaStruktura

Princip rada

Tehnološka realizacija(informativno)

Elektricnekarakteristike

Tranzistor kaoprekidac

Tranzistor kaopojacavac

Fototranzistor

Optokapler

Tranzistor kao prekidacNPN tranzistor u kolu LED indikatora stanja

Iz ulaznog kola tranzistora može se odrediti vrednost otpor-nika RB koja obezbeduje da tranzistor bude u zasicenju:

RB =VBB − VBE

IB=

5− 0,75

200× 10−6= 21.25kΩ . (11)

Page 191: komponente Poluprovodniˇcka Elektronske komponentemikro.elfak.ni.ac.rs/wp-content/uploads/EK_Predavanja_02.pdf · Predavanja 2016. Elektronske komponente Poluprovodnici Poluprovodniˇcka

Elektronskekomponente

Bipolarni tranzistor

Struktura i principradaStruktura

Princip rada

Tehnološka realizacija(informativno)

Elektricnekarakteristike

Tranzistor kaoprekidac

Tranzistor kaopojacavac

Fototranzistor

Optokapler

Tranzistor kao pojacavacPojacanje malih signala

Koncept primene tranzistora kao pojacavaca zasniva se na po-jacanju naizmenicnih malih signala. To znaci da su amplitudesignala koji se pojacavaju mnogo manje od amplituda jedno-smernih napona napajanja VBB i VCC.

Ulazni signal vin se pojacava tako da se na izlazu (kolektorutranzistora) pojavljuje signal cija je amplituda proporcionalnouvecana.

Page 192: komponente Poluprovodniˇcka Elektronske komponentemikro.elfak.ni.ac.rs/wp-content/uploads/EK_Predavanja_02.pdf · Predavanja 2016. Elektronske komponente Poluprovodnici Poluprovodniˇcka

Elektronskekomponente

Bipolarni tranzistor

Struktura i principradaStruktura

Princip rada

Tehnološka realizacija(informativno)

Elektricnekarakteristike

Tranzistor kaoprekidac

Tranzistor kaopojacavac

Fototranzistor

Optokapler

Tranzistor kao pojacavac

Da bi tranzistor pravilno radio kao pojacavac, radnu tacku Q

treba postaviti na odredenom mestu duž radne prave, tako dase ulazni signal pojacava bez izoblicenja (distortion).

Page 193: komponente Poluprovodniˇcka Elektronske komponentemikro.elfak.ni.ac.rs/wp-content/uploads/EK_Predavanja_02.pdf · Predavanja 2016. Elektronske komponente Poluprovodnici Poluprovodniˇcka

Elektronskekomponente

Bipolarni tranzistor

Struktura i principradaStruktura

Princip rada

Tehnološka realizacija(informativno)

Elektricnekarakteristike

Tranzistor kaoprekidac

Tranzistor kaopojacavac

Fototranzistor

Optokapler

Tranzistor kao pojacavac

Kada je tranzistor u aktivnoj oblasti rada, promena ulaznognapona vin ce izazivati promenu struje baze:

iBQ = IBQ + ib

Zbog toga ce se promeniti i struja kolektora, a samim tim inapon izmedu kolektora i emitora:

iCQ = ICQ + ic

vCEQ = VCEQ + vout

Naizmenicni izlazni signal vout ce biti veci po amplitudi od na-izmenicnog ulaznog signala vin, cime se ostvaruje pojacavackiefekat.

Da bi tranzistor radio kao pojacavac, potrebno je da uprovodnom stanju bude u aktivnoj oblasti rada.

Page 194: komponente Poluprovodniˇcka Elektronske komponentemikro.elfak.ni.ac.rs/wp-content/uploads/EK_Predavanja_02.pdf · Predavanja 2016. Elektronske komponente Poluprovodnici Poluprovodniˇcka

Elektronskekomponente

Bipolarni tranzistor

Struktura i principradaStruktura

Princip rada

Tehnološka realizacija(informativno)

Elektricnekarakteristike

Tranzistor kaoprekidac

Tranzistor kaopojacavac

Fototranzistor

Optokapler

Tranzistor kao pojacavacNepravilan izbor položaja radne tacke

Page 195: komponente Poluprovodniˇcka Elektronske komponentemikro.elfak.ni.ac.rs/wp-content/uploads/EK_Predavanja_02.pdf · Predavanja 2016. Elektronske komponente Poluprovodnici Poluprovodniˇcka

Elektronskekomponente

Bipolarni tranzistor

Struktura i principradaStruktura

Princip rada

Tehnološka realizacija(informativno)

Elektricnekarakteristike

Tranzistor kaoprekidac

Tranzistor kaopojacavac

Fototranzistor

Optokapler

Tranzistor kao pojacavac

Ako je VBE = 0.85V, VBB = 5 V i RB = 10kΩ, onda je strujabaze:

IBQ =VBB − VBE

RB

=5− 0,85

10× 103≈ 400µA . (12)

Ako je pojacanje tranzistora β = 100, ova struja baze ce pro-izvesti struju kolektora ICQ = β IBQ ≈ 40mA.

Page 196: komponente Poluprovodniˇcka Elektronske komponentemikro.elfak.ni.ac.rs/wp-content/uploads/EK_Predavanja_02.pdf · Predavanja 2016. Elektronske komponente Poluprovodnici Poluprovodniˇcka

Elektronskekomponente

Bipolarni tranzistor

Struktura i principradaStruktura

Princip rada

Tehnološka realizacija(informativno)

Elektricnekarakteristike

Tranzistor kaoprekidac

Tranzistor kaopojacavac

Fototranzistor

Optokapler

Tranzistor kao pojacavac

Za ovu struju kolektora se na izlaznim karakteristikama tran-zistora može odabrati radna tacka Q tako da je VCEQ ≈ 4 V.

Page 197: komponente Poluprovodniˇcka Elektronske komponentemikro.elfak.ni.ac.rs/wp-content/uploads/EK_Predavanja_02.pdf · Predavanja 2016. Elektronske komponente Poluprovodnici Poluprovodniˇcka

Elektronskekomponente

Bipolarni tranzistor

Struktura i principradaStruktura

Princip rada

Tehnološka realizacija(informativno)

Elektricnekarakteristike

Tranzistor kaoprekidac

Tranzistor kaopojacavac

Fototranzistor

Optokapler

Tranzistor kao pojacavac

Ako je VCC = 12V, izracunava se:

RC =VCC − VCEQ

ICQ

=12− 4

40× 10−3= 200Ω . (13)

Sada se može nacrtati radna prava:

IC =VCC

RC

−VCE

RC

. (14)

Tranzistor ce sigurno biti u aktivnoj oblasti za svaku vrednostradne tacke izmedu tacaka X i Y duž radne prave. To znaci dace se bez izoblicenja pojacati svaki signal koji proizvodi strujubaze u opsegu 300µA–500µA.

Page 198: komponente Poluprovodniˇcka Elektronske komponentemikro.elfak.ni.ac.rs/wp-content/uploads/EK_Predavanja_02.pdf · Predavanja 2016. Elektronske komponente Poluprovodnici Poluprovodniˇcka

Elektronskekomponente

Bipolarni tranzistor

Struktura i principradaStruktura

Princip rada

Tehnološka realizacija(informativno)

Elektricnekarakteristike

Tranzistor kaoprekidac

Tranzistor kaopojacavac

Fototranzistor

Optokapler

Tranzistor kao pojacavac

Na primer, ulazni naizmenicni signal oblika:

vin = Vin sin(ωt) ≡ Vin sin(2πft) , (15)

cija je amplituda Vin = 100mV i ucestanost f = 1 kHz izazvacepromene struje baze tako da je:

IB(max) =5,1− 0,85

10× 103= 425µA

IB(min) =4,9− 0,85

10× 103= 405µA .

Promena struje baze od 425−405= 20µA bice pojacana β =100 puta, pa ce tako promena struje kolektora u okolini radnetacke biti ∆ICQ = 2 mA.

Page 199: komponente Poluprovodniˇcka Elektronske komponentemikro.elfak.ni.ac.rs/wp-content/uploads/EK_Predavanja_02.pdf · Predavanja 2016. Elektronske komponente Poluprovodnici Poluprovodniˇcka

Elektronskekomponente

Bipolarni tranzistor

Struktura i principradaStruktura

Princip rada

Tehnološka realizacija(informativno)

Elektricnekarakteristike

Tranzistor kaoprekidac

Tranzistor kaopojacavac

Fototranzistor

Optokapler

Tranzistor kao pojacavacOva promena ce na otporniku RC izazvati promenu napona2 × 10−3

× 200 = 400mV, odnosno ±200 mV u odnosu navrednost napona VCEQ. Izlazni naizmenicni signal je pojacandva puta u odnosu na ulazni i fazno pomeren za 180.

Page 200: komponente Poluprovodniˇcka Elektronske komponentemikro.elfak.ni.ac.rs/wp-content/uploads/EK_Predavanja_02.pdf · Predavanja 2016. Elektronske komponente Poluprovodnici Poluprovodniˇcka

Elektronskekomponente

Bipolarni tranzistor

Struktura i principradaStruktura

Princip rada

Tehnološka realizacija(informativno)

Elektricnekarakteristike

Tranzistor kaoprekidac

Tranzistor kaopojacavac

Fototranzistor

Optokapler

Tranzistor kao pojacavacEksperimentalni primer

Ulazni signal amplitude Vin = 200mV pojacan je približno 8puta.

vin

vout

100mV

1V

Page 201: komponente Poluprovodniˇcka Elektronske komponentemikro.elfak.ni.ac.rs/wp-content/uploads/EK_Predavanja_02.pdf · Predavanja 2016. Elektronske komponente Poluprovodnici Poluprovodniˇcka

Elektronskekomponente

Bipolarni tranzistor

Struktura i principradaStruktura

Princip rada

Tehnološka realizacija(informativno)

Elektricnekarakteristike

Tranzistor kaoprekidac

Tranzistor kaopojacavac

Fototranzistor

Optokapler

FototranzistorIlustracija tehnološke realizacije (a) i elektricni simboli (b)

Fototranzistor je bipolarni tranzistor koji pripada grupi opto-elektronskih komponenata. Realizuje se tako da mu je oblastbaze izložena dejstvu upadne svetlosti

Emetalizacija

SiO2

p

n+-supstrat

C

n+

n-epi

emitorbaza

kolektor

(a) (b)

Tranzistor se polariše tako da mu je kolektor na pozitivnompotencijalu u odnosu na emitor. Elektroda baze može posto-jati, ali se ona na polariše.

Page 202: komponente Poluprovodniˇcka Elektronske komponentemikro.elfak.ni.ac.rs/wp-content/uploads/EK_Predavanja_02.pdf · Predavanja 2016. Elektronske komponente Poluprovodnici Poluprovodniˇcka

Elektronskekomponente

Bipolarni tranzistor

Struktura i principradaStruktura

Princip rada

Tehnološka realizacija(informativno)

Elektricnekarakteristike

Tranzistor kaoprekidac

Tranzistor kaopojacavac

Fototranzistor

Optokapler

FototranzistorPrincip rada

Pod dejstvom upadne svetlosti, unutar osiromašene oblasti p–n spoja baza–kolektor dolazi do generacije parova elektron–šupljina. Pošto je spoj baza–kolektor inverzno polarisan, šup-ljine iz osiromašene oblasti prelaze u bazu, a elektroni u ko-lektor, cineci na taj nacin fotostruju IP. Zbog toga se povecavapozitivni potencijal baze u odnosu na emitor. Efektivno, ovose manifestuje kao porast struje baze kod standardnog bipo-larnog tranzistora, tako da je struja kolektora fototranzistora:

IC ≃ β IP . (16)

Kod fototranzistora je IC = IE, jer je baza „otvorena“. Drugimrecima, struja baze ne postoji, a pojacava se samo fotostruja.

Page 203: komponente Poluprovodniˇcka Elektronske komponentemikro.elfak.ni.ac.rs/wp-content/uploads/EK_Predavanja_02.pdf · Predavanja 2016. Elektronske komponente Poluprovodnici Poluprovodniˇcka

Elektronskekomponente

Bipolarni tranzistor

Struktura i principradaStruktura

Princip rada

Tehnološka realizacija(informativno)

Elektricnekarakteristike

Tranzistor kaoprekidac

Tranzistor kaopojacavac

Fototranzistor

Optokapler

FototranzistorIzlazne karakteristike

Umesto struje baze, na izlaznim karakteristikama tranzistorase kao parametar daje iradijansa upadne svetlosti Ee.

Struja kolektora kada tranzistor nije osvetljen naziva se struja

mraka (collector dark current). Tipicno je reda velicine nA, alisa porastom temperature raste za više redova velicine i možeda „maskira“ fotostruju.

Page 204: komponente Poluprovodniˇcka Elektronske komponentemikro.elfak.ni.ac.rs/wp-content/uploads/EK_Predavanja_02.pdf · Predavanja 2016. Elektronske komponente Poluprovodnici Poluprovodniˇcka

Elektronskekomponente

Bipolarni tranzistor

Struktura i principradaStruktura

Princip rada

Tehnološka realizacija(informativno)

Elektricnekarakteristike

Tranzistor kaoprekidac

Tranzistor kaopojacavac

Fototranzistor

Optokapler

FototranzistorSvetlosni spektar

400 500 600 70010

UV vidljiva svetlost IC

106

UV - ultraljubicasta svetlost

IC - infracrvena svetlost

Page 205: komponente Poluprovodniˇcka Elektronske komponentemikro.elfak.ni.ac.rs/wp-content/uploads/EK_Predavanja_02.pdf · Predavanja 2016. Elektronske komponente Poluprovodnici Poluprovodniˇcka

Elektronskekomponente

Bipolarni tranzistor

Struktura i principradaStruktura

Princip rada

Tehnološka realizacija(informativno)

Elektricnekarakteristike

Tranzistor kaoprekidac

Tranzistor kaopojacavac

Fototranzistor

Optokapler

FototranzistorRelativna spektralna osetljivost

Fototranzistor cija je zavisnost relativne spektralne osetljivostiod talasne dužine upadne svetlosti data na slici projektovanje tako da je najosetljiviji u infracrvenom podrucju.

Page 206: komponente Poluprovodniˇcka Elektronske komponentemikro.elfak.ni.ac.rs/wp-content/uploads/EK_Predavanja_02.pdf · Predavanja 2016. Elektronske komponente Poluprovodnici Poluprovodniˇcka

Elektronskekomponente

Bipolarni tranzistor

Struktura i principradaStruktura

Princip rada

Tehnološka realizacija(informativno)

Elektricnekarakteristike

Tranzistor kaoprekidac

Tranzistor kaopojacavac

Fototranzistor

Optokapler

FototranzistorElektronski prekidac koji reaguje na upadnu svetlost: (a) sa zajednickimemitorom; (b) sa zajednickim kolektorom

U oba slucaja vrednosti otpornika se biraju tako da tranzis-tor bude u zasicenju. Sa nailaskom upadne svetlosti naponna izlazu u konfiguraciji sa zajednickim emitorom je VOUT =

VCE(sat) ≃ 0V, dok je u konfiguraciji sa zajednickim kolekto-rom VOUT = VCC − VCE(sat) ≃ VCC.

Page 207: komponente Poluprovodniˇcka Elektronske komponentemikro.elfak.ni.ac.rs/wp-content/uploads/EK_Predavanja_02.pdf · Predavanja 2016. Elektronske komponente Poluprovodnici Poluprovodniˇcka

Elektronskekomponente

Bipolarni tranzistor

Struktura i principradaStruktura

Princip rada

Tehnološka realizacija(informativno)

Elektricnekarakteristike

Tranzistor kaoprekidac

Tranzistor kaopojacavac

Fototranzistor

Optokapler

Optokapler

Optokapler je komponenta koja se sastoji od LE diode i foto-tranzistora integrisanih u jednom kucištu.

Optokapler predstavlja komponentu sa svetlosnom spregomizmedu ulaza i izlaza. Signal sa ulaza izaziva emisiju sve-tlosti LE diode. Ova svetlost predstavlja pobudu fototranzis-tora, tako da se na izlazu pojavljuje odgovarajuci signal. Ulazi izlaz su medusobno galvanski izolovani. Galvanska izola-cija cini optokapler pogodnim za primenu u svim uredajimakod kojih korisnik može doci u dodir sa potencijalno opasnimnivoima sinala (merni instrumenti, medicinski uredaji, tele-komunikacioni uredaji, itd.)

Page 208: komponente Poluprovodniˇcka Elektronske komponentemikro.elfak.ni.ac.rs/wp-content/uploads/EK_Predavanja_02.pdf · Predavanja 2016. Elektronske komponente Poluprovodnici Poluprovodniˇcka

Elektronskekomponente

Bipolarni tranzistor

Struktura i principradaStruktura

Princip rada

Tehnološka realizacija(informativno)

Elektricnekarakteristike

Tranzistor kaoprekidac

Tranzistor kaopojacavac

Fototranzistor

Optokapler

OptokaplerEfikasnost sprege (coupling efficiency)

Definiše se kao odnos struje kolektora fototranzistora IC i strujefotodiode pri direktnoj polarizaciji IF:

η =IC

IF· 100 (%) . (17)

Ovaj parametar se još naziva i prenosnim odnosom struja (CTR- Current Transfer Ratio).

Page 209: komponente Poluprovodniˇcka Elektronske komponentemikro.elfak.ni.ac.rs/wp-content/uploads/EK_Predavanja_02.pdf · Predavanja 2016. Elektronske komponente Poluprovodnici Poluprovodniˇcka

Elektronskekomponente

Bipolarni tranzistor

Struktura i principradaStruktura

Princip rada

Tehnološka realizacija(informativno)

Elektricnekarakteristike

Tranzistor kaoprekidac

Tranzistor kaopojacavac

Fototranzistor

Optokapler

Optokapler

Za optokapler je od znacaja i maksimalni napon izolacije i ontipicno iznosi nekoliko kV (za vece vrednosti može doci doelektricnog proboja izmedu ulaza i izlaza kola).

Optokapler se može polarisati tako da izlazni tranzistor budeu aktivnom režimu ili u zasicenju.

Kada je izlazni tranzistor u zasicenju, optokapler predstavljaprekidac sa svetlosnom spregom.

Page 210: komponente Poluprovodniˇcka Elektronske komponentemikro.elfak.ni.ac.rs/wp-content/uploads/EK_Predavanja_02.pdf · Predavanja 2016. Elektronske komponente Poluprovodnici Poluprovodniˇcka

Elektronskekomponente

Bipolarni tranzistor

Struktura i principradaStruktura

Princip rada

Tehnološka realizacija(informativno)

Elektricnekarakteristike

Tranzistor kaoprekidac

Tranzistor kaopojacavac

Fototranzistor

Optokapler

Optokapler

U širokoj upotrebi je varijanta optokaplera koja se naziva op-

ticki prekidac (optical switch, optoinerrupter). U ovom slu-caju se optokapler nalazi u kucištu sa procepom.

Fototranzistor, optokapler i opticki prekidac(s leva na desno).

Page 211: komponente Poluprovodniˇcka Elektronske komponentemikro.elfak.ni.ac.rs/wp-content/uploads/EK_Predavanja_02.pdf · Predavanja 2016. Elektronske komponente Poluprovodnici Poluprovodniˇcka

Elektronskekomponente

Bipolarni tranzistor

Struktura i principradaStruktura

Princip rada

Tehnološka realizacija(informativno)

Elektricnekarakteristike

Tranzistor kaoprekidac

Tranzistor kaopojacavac

Fototranzistor

Optokapler

Optokapler

Procep na srednini kucišta omogucava da optokapler reagujesvaki put kada se izmedu LE diode i fototranzistora pojavi ne-transparentni objekat. Opticki prekidaci se primenjuju u foto-kopir mašinama, štampacima, citacima kartica, itd. Posebnuprimenu nalaze u proizvodnim postrojenjima, gde se koristeunutar mašina za detekciju komada repromaterijala ili polu-proizvoda. Cesto se izlaz optickog prekidaca povezuje na ulazdigitalnog brojaca, što je korisno na linijama za pakovanje.

Optokapleri se takode pojavljuju i u varijantama koje su po-godne za detekciju objekata na kratkim rastojanjima. Takvioptokapleri se nazivaju reflektivni opticki senzori ili, skraceno,retro senzori (retro sensors).

Page 212: komponente Poluprovodniˇcka Elektronske komponentemikro.elfak.ni.ac.rs/wp-content/uploads/EK_Predavanja_02.pdf · Predavanja 2016. Elektronske komponente Poluprovodnici Poluprovodniˇcka

Elektronskekomponente

Bipolarni tranzistor

Struktura i principradaStruktura

Princip rada

Tehnološka realizacija(informativno)

Elektricnekarakteristike

Tranzistor kaoprekidac

Tranzistor kaopojacavac

Fototranzistor

Optokapler

Završne napomeneDodatna literatura

Z. Prijic, A. Prijic, Uvod u poluprovodnicke komponente i

njihovu primenu, Elektronski fakultet u Nišu, 2014.(ISBN: 978-86-6125-107-8)Mole se studenti prve godine da procitaju Predgovor, u kome je naznaceno

koji deo materijala se odnosi na predmet ELEKTRONSKE KOMPONENTE.

T. Floyd, Electronic Devices (Conventonal Current

Version), 9th ed., Pearson, 2013. (ISBN: 1292025646)

Napomena: Prikazane elektricne šeme ne ukljucuju sve deta-lje i mogu se koristiti iskljucivo u obrazovne svrhe.

Page 213: komponente Poluprovodniˇcka Elektronske komponentemikro.elfak.ni.ac.rs/wp-content/uploads/EK_Predavanja_02.pdf · Predavanja 2016. Elektronske komponente Poluprovodnici Poluprovodniˇcka

Elektronskekomponente

MOS tranzistor

Struktura i principradaStruktura

Princip rada

Tehnološka realizacija(informativno)

ElektricnekarakteristikeStrujno–naponskekarakteristike

Proboj

Disipacija snage

Tranzistor kaoprekidacCMOS invertor

Tranzistor kaopojacavac

Fotonaponski relej(informativno)

Elektronske komponenteMOS tranzistor

Z. Prijic, D. Mancic

Univerzitet u NišuElektronski fakultet u Nišu

Predavanja 2016.

Page 214: komponente Poluprovodniˇcka Elektronske komponentemikro.elfak.ni.ac.rs/wp-content/uploads/EK_Predavanja_02.pdf · Predavanja 2016. Elektronske komponente Poluprovodnici Poluprovodniˇcka

Elektronskekomponente

MOS tranzistor

Struktura i principradaStruktura

Princip rada

Tehnološka realizacija(informativno)

ElektricnekarakteristikeStrujno–naponskekarakteristike

Proboj

Disipacija snage

Tranzistor kaoprekidacCMOS invertor

Tranzistor kaopojacavac

Fotonaponski relej(informativno)

Sadržaj

Struktura i princip radaStrukturaPrincip radaTehnološka realizacija (informativno)

Elektricne karakteristikeStrujno–naponske karakteristikeProbojDisipacija snage

Tranzistor kao prekidacCMOS invertor

Tranzistor kao pojacavac

Fotonaponski relej (informativno)

Page 215: komponente Poluprovodniˇcka Elektronske komponentemikro.elfak.ni.ac.rs/wp-content/uploads/EK_Predavanja_02.pdf · Predavanja 2016. Elektronske komponente Poluprovodnici Poluprovodniˇcka

Elektronskekomponente

MOS tranzistor

Struktura i principradaStruktura

Princip rada

Tehnološka realizacija(informativno)

ElektricnekarakteristikeStrujno–naponskekarakteristike

Proboj

Disipacija snage

Tranzistor kaoprekidacCMOS invertor

Tranzistor kaopojacavac

Fotonaponski relej(informativno)

Definicija

MOS tranzistor (metal oxide semiconductor – MOS) je polu-provodnicka komponenta koja se tehnološki realizuje sa ce-tiri elektrode. Elektrode se nazivaju sors, drejn, gejt i supstrat

(source, drain, gate, bulk). U zavisnosti od tehnološke reali-zacije, razlikuju se dve vrste MOS tranzistora:

NMOS tranzistor

PMOS tranzistor

Tranzistor se naziva i MOSFET (MOS Field Effect Tranzistor),odnosno MOS tranzistor sa efektom polja.

Page 216: komponente Poluprovodniˇcka Elektronske komponentemikro.elfak.ni.ac.rs/wp-content/uploads/EK_Predavanja_02.pdf · Predavanja 2016. Elektronske komponente Poluprovodnici Poluprovodniˇcka

Elektronskekomponente

MOS tranzistor

Struktura i principradaStruktura

Princip rada

Tehnološka realizacija(informativno)

ElektricnekarakteristikeStrujno–naponskekarakteristike

Proboj

Disipacija snage

Tranzistor kaoprekidacCMOS invertor

Tranzistor kaopojacavac

Fotonaponski relej(informativno)

Elektricni simboli(a) NMOS tranzistor; (b) PMOS tranzistor

Uobicajena slovna oznaka za MOS tranzistor u elektricnim še-mama je T.Elektroda supstrata je na šematskom simbolu oznacena streli-com, a u najvecem broju slucajeva je tehnološki kratkospojenasa elektrodom sorsa, pa se ne pojavljuje kao zaseban izvod.

Page 217: komponente Poluprovodniˇcka Elektronske komponentemikro.elfak.ni.ac.rs/wp-content/uploads/EK_Predavanja_02.pdf · Predavanja 2016. Elektronske komponente Poluprovodnici Poluprovodniˇcka

Elektronskekomponente

MOS tranzistor

Struktura i principradaStruktura

Princip rada

Tehnološka realizacija(informativno)

ElektricnekarakteristikeStrujno–naponskekarakteristike

Proboj

Disipacija snage

Tranzistor kaoprekidacCMOS invertor

Tranzistor kaopojacavac

Fotonaponski relej(informativno)

StrukturaStruktura i osnovna polarizacija NMOS (a) i PMOS (b) tranzistora.

MOS tranzistor se sastoji od dva simetricna p–n spoja: sors–supstrat i drejn–supstrat. Izmedu ova dva spoja, na supstratuse nalazi sloj silicijum dioksida (SiO2), koji je elektricni izo-lator. Na silicijum dioksidu se nalazi sloj metala koji pred-stavlja gejt. Struktura metal–SiO2–supstrat predstavlja MOSstrukturu.

Page 218: komponente Poluprovodniˇcka Elektronske komponentemikro.elfak.ni.ac.rs/wp-content/uploads/EK_Predavanja_02.pdf · Predavanja 2016. Elektronske komponente Poluprovodnici Poluprovodniˇcka

Elektronskekomponente

MOS tranzistor

Struktura i principradaStruktura

Princip rada

Tehnološka realizacija(informativno)

ElektricnekarakteristikeStrujno–naponskekarakteristike

Proboj

Disipacija snage

Tranzistor kaoprekidacCMOS invertor

Tranzistor kaopojacavac

Fotonaponski relej(informativno)

StrukturaDefinicija geometrijskih parametara.

Dimenzije gejta su L ×W, dok je debljina sloja silicijum di-oksida dox. Sloj silicijum dioksida se uobicajeno naziva oksid

gejta (gate oxide).

Page 219: komponente Poluprovodniˇcka Elektronske komponentemikro.elfak.ni.ac.rs/wp-content/uploads/EK_Predavanja_02.pdf · Predavanja 2016. Elektronske komponente Poluprovodnici Poluprovodniˇcka

Elektronskekomponente

MOS tranzistor

Struktura i principradaStruktura

Princip rada

Tehnološka realizacija(informativno)

ElektricnekarakteristikeStrujno–naponskekarakteristike

Proboj

Disipacija snage

Tranzistor kaoprekidacCMOS invertor

Tranzistor kaopojacavac

Fotonaponski relej(informativno)

StrukturaPolarizacija

Smisao polarizacije sastoji se u tome da omoguci protok na-elektrisanja kroz tranzistor, od sorsa prema drejnu, pri cemuse intenzitet tog protoka kontroliše preko gejta. Da bi se topostiglo potrebna su dva izvora napajanja, jedan na gejtu idrugi na drejnu. Ako je zajednicka elektroda sors, tada sunaponi na gejtu i drejnu VGS i VDS, respektivno. Normalna po-larizacija NMOS tranzistora podrazumeva da su naponi VGS iVDS pozitivni, dok je kod PMOS tranzistora obrnuto.

Page 220: komponente Poluprovodniˇcka Elektronske komponentemikro.elfak.ni.ac.rs/wp-content/uploads/EK_Predavanja_02.pdf · Predavanja 2016. Elektronske komponente Poluprovodnici Poluprovodniˇcka

Elektronskekomponente

MOS tranzistor

Struktura i principradaStruktura

Princip rada

Tehnološka realizacija(informativno)

ElektricnekarakteristikeStrujno–naponskekarakteristike

Proboj

Disipacija snage

Tranzistor kaoprekidacCMOS invertor

Tranzistor kaopojacavac

Fotonaponski relej(informativno)

Sadržaj

Struktura i princip radaStrukturaPrincip radaTehnološka realizacija (informativno)

Elektricne karakteristikeStrujno–naponske karakteristikeProbojDisipacija snage

Tranzistor kao prekidacCMOS invertor

Tranzistor kao pojacavac

Fotonaponski relej (informativno)

Page 221: komponente Poluprovodniˇcka Elektronske komponentemikro.elfak.ni.ac.rs/wp-content/uploads/EK_Predavanja_02.pdf · Predavanja 2016. Elektronske komponente Poluprovodnici Poluprovodniˇcka

Elektronskekomponente

MOS tranzistor

Struktura i principradaStruktura

Princip rada

Tehnološka realizacija(informativno)

ElektricnekarakteristikeStrujno–naponskekarakteristike

Proboj

Disipacija snage

Tranzistor kaoprekidacCMOS invertor

Tranzistor kaopojacavac

Fotonaponski relej(informativno)

Princip radaPolarizacija NMOS tranzistora: (a) osiromašenje; (b) inverzija.

Kod NMOS tranzistora je supstrat poluprovodnik p–tipa, štoznaci da su unutar njega vecinski nosioci naelektrisanja šup-ljine, a manjinski nosioci elektroni.

Page 222: komponente Poluprovodniˇcka Elektronske komponentemikro.elfak.ni.ac.rs/wp-content/uploads/EK_Predavanja_02.pdf · Predavanja 2016. Elektronske komponente Poluprovodnici Poluprovodniˇcka

Elektronskekomponente

MOS tranzistor

Struktura i principradaStruktura

Princip rada

Tehnološka realizacija(informativno)

ElektricnekarakteristikeStrujno–naponskekarakteristike

Proboj

Disipacija snage

Tranzistor kaoprekidacCMOS invertor

Tranzistor kaopojacavac

Fotonaponski relej(informativno)

Princip radaOsiromašenje

Kada je napon VDS = 0, porast napona VGS uspostavicetransverzalno elektricno polje ~E preko oksida gejta.

Pod dejstvom ovog polja, šupljine neposredno ispod ok-sida gejta bivaju odgurnute ka dubini supstrata, ostavlja-juci za sobom negativne akceptorske jone.

Na taj nacin se ispod gejta stvara osiromašena oblast (depletionlayer), pa se ovaj proces naziva osiromašenje.

Page 223: komponente Poluprovodniˇcka Elektronske komponentemikro.elfak.ni.ac.rs/wp-content/uploads/EK_Predavanja_02.pdf · Predavanja 2016. Elektronske komponente Poluprovodnici Poluprovodniˇcka

Elektronskekomponente

MOS tranzistor

Struktura i principradaStruktura

Princip rada

Tehnološka realizacija(informativno)

ElektricnekarakteristikeStrujno–naponskekarakteristike

Proboj

Disipacija snage

Tranzistor kaoprekidacCMOS invertor

Tranzistor kaopojacavac

Fotonaponski relej(informativno)

Princip radaInverzija

Sa daljim porastom napona VGS intenzitet transverzalnogelektricnog polja ~E postaje dovoljan da privlaci elektroneiz supstrata, tako da se oni gomilaju neposredno ispodpovršine oksida gejta.

Na taj nacin se formira sloj elektrona koji se naziva inver-tovani sloj (inversion layer).

Ovaj proces se naziva inverzija, jer suštinski odgovara si-tuaciji u kojoj je supstrat neposredno ispod površine gejtainvertovan iz poluprovodnika p–tipa u poluprovodnik n–tipa.

Page 224: komponente Poluprovodniˇcka Elektronske komponentemikro.elfak.ni.ac.rs/wp-content/uploads/EK_Predavanja_02.pdf · Predavanja 2016. Elektronske komponente Poluprovodnici Poluprovodniˇcka

Elektronskekomponente

MOS tranzistor

Struktura i principradaStruktura

Princip rada

Tehnološka realizacija(informativno)

ElektricnekarakteristikeStrujno–naponskekarakteristike

Proboj

Disipacija snage

Tranzistor kaoprekidacCMOS invertor

Tranzistor kaopojacavac

Fotonaponski relej(informativno)

Princip radaNapon praga, kanal

Napon VGS pri kome dolazi do inverzije zove se napon

praga (threshold voltage) i oznacava se sa VT!

Invertovani sloj predstavlja kanal (channel), koji je u stvariprovodni put izmedu sorsa i drejna.

Sa porastom napona VDS duž kanala se uspostavlja late-ralno elektricno polje.

Pod dejstvom ovog polja, kroz kanal se uspostavlja pro-tok elektrona od sorsa ka drejnu, pa kroz tranzistor tecestruja drejna ID.

Page 225: komponente Poluprovodniˇcka Elektronske komponentemikro.elfak.ni.ac.rs/wp-content/uploads/EK_Predavanja_02.pdf · Predavanja 2016. Elektronske komponente Poluprovodnici Poluprovodniˇcka

Elektronskekomponente

MOS tranzistor

Struktura i principradaStruktura

Princip rada

Tehnološka realizacija(informativno)

ElektricnekarakteristikeStrujno–naponskekarakteristike

Proboj

Disipacija snage

Tranzistor kaoprekidacCMOS invertor

Tranzistor kaopojacavac

Fotonaponski relej(informativno)

Princip radaUslovi provodenja struje kroz: (a) NMOS tranzistor; (b) PMOS tranzistor.

Kod MOS tranzistora u provodenju struje ucestvuje samo jednavrsta nosilaca naelektrisanja (kod NMOS-a elektroni, a kodPMOS-a šupljine). Zbog toga je MOS tranzistor unipolarna

poluprovodnicka komponenta.

Page 226: komponente Poluprovodniˇcka Elektronske komponentemikro.elfak.ni.ac.rs/wp-content/uploads/EK_Predavanja_02.pdf · Predavanja 2016. Elektronske komponente Poluprovodnici Poluprovodniˇcka

Elektronskekomponente

MOS tranzistor

Struktura i principradaStruktura

Princip rada

Tehnološka realizacija(informativno)

ElektricnekarakteristikeStrujno–naponskekarakteristike

Proboj

Disipacija snage

Tranzistor kaoprekidacCMOS invertor

Tranzistor kaopojacavac

Fotonaponski relej(informativno)

Princip radaUslovi provodenja

NMOS tranzistor provodi struju kada je napon VDS pozi-tivan, a napon VGS pozitivan i veci od napona praga VT.

PMOS tranzistor provodi struju kada je napon VDS nega-tivan, a napon VGS negativan i po apsolutnoj vrednostiveci od napona praga VT .

Primer:Ako je napon praga NMOS tranzistora VT = 2 V, tada ce onprovoditi struju kada je npr.: VGS = 3V i VDS = 5 V.Ako je napon praga PMOS tranzistora VT = −2 V, tada ce onprovoditi struju kada je npr.: VGS = −3V i VDS = −5 V.

Page 227: komponente Poluprovodniˇcka Elektronske komponentemikro.elfak.ni.ac.rs/wp-content/uploads/EK_Predavanja_02.pdf · Predavanja 2016. Elektronske komponente Poluprovodnici Poluprovodniˇcka

Elektronskekomponente

MOS tranzistor

Struktura i principradaStruktura

Princip rada

Tehnološka realizacija(informativno)

ElektricnekarakteristikeStrujno–naponskekarakteristike

Proboj

Disipacija snage

Tranzistor kaoprekidacCMOS invertor

Tranzistor kaopojacavac

Fotonaponski relej(informativno)

Princip radaNMOS (a) i PMOS tranzistor (b) u konfiguraciji sa zajednickim sorsom.

Mogu se razlikovati ulazno i izlazno kolo, sa referencom nazajednicku elektrodu. Pošto je zajednicka elektroda sors, ulaznokolo se u ovom slucaju naziva kolo gejta, a izlazno kôlo drejna.

Page 228: komponente Poluprovodniˇcka Elektronske komponentemikro.elfak.ni.ac.rs/wp-content/uploads/EK_Predavanja_02.pdf · Predavanja 2016. Elektronske komponente Poluprovodnici Poluprovodniˇcka

Elektronskekomponente

MOS tranzistor

Struktura i principradaStruktura

Princip rada

Tehnološka realizacija(informativno)

ElektricnekarakteristikeStrujno–naponskekarakteristike

Proboj

Disipacija snage

Tranzistor kaoprekidacCMOS invertor

Tranzistor kaopojacavac

Fotonaponski relej(informativno)

Princip radaNMOS (a) i PMOS tranzistor (b) u konfiguraciji sa zajednickim sorsom.

Napon na gejtu se može posmatrati kao kontrolni parametaru ulaznom kolu, pomocu koga se upravlja strujom drejna uizlaznom kolu. Mala promena napona na gejtu izaziva velikupromenu struje drejna, pa se tranzistor može posmatrati kaopojacavac struje.

Page 229: komponente Poluprovodniˇcka Elektronske komponentemikro.elfak.ni.ac.rs/wp-content/uploads/EK_Predavanja_02.pdf · Predavanja 2016. Elektronske komponente Poluprovodnici Poluprovodniˇcka

Elektronskekomponente

MOS tranzistor

Struktura i principradaStruktura

Princip rada

Tehnološka realizacija(informativno)

ElektricnekarakteristikeStrujno–naponskekarakteristike

Proboj

Disipacija snage

Tranzistor kaoprekidacCMOS invertor

Tranzistor kaopojacavac

Fotonaponski relej(informativno)

Princip radaNMOS (a) i PMOS tranzistor (b) u konfiguraciji sa zajednickim sorsom.

Pored toga, kada je napon na gejtu manji od napona praga,tada nema ni struje drejna, pa se tranzistor može posmatratikao prekidac. Kao zakljucak se može izvesti:

Dva osnovna nacina primene MOS tranzistora su: poja-cavac i prekidac.

Pored konfiguracije sa zajednickim sorsom, moguce su i konfi-guracije sa zajednickim gejtom, kao i sa zajednickim drejnom.

Page 230: komponente Poluprovodniˇcka Elektronske komponentemikro.elfak.ni.ac.rs/wp-content/uploads/EK_Predavanja_02.pdf · Predavanja 2016. Elektronske komponente Poluprovodnici Poluprovodniˇcka

Elektronskekomponente

MOS tranzistor

Struktura i principradaStruktura

Princip rada

Tehnološka realizacija(informativno)

ElektricnekarakteristikeStrujno–naponskekarakteristike

Proboj

Disipacija snage

Tranzistor kaoprekidacCMOS invertor

Tranzistor kaopojacavac

Fotonaponski relej(informativno)

Sadržaj

Struktura i princip radaStrukturaPrincip radaTehnološka realizacija (informativno)

Elektricne karakteristikeStrujno–naponske karakteristikeProbojDisipacija snage

Tranzistor kao prekidacCMOS invertor

Tranzistor kao pojacavac

Fotonaponski relej (informativno)

Page 231: komponente Poluprovodniˇcka Elektronske komponentemikro.elfak.ni.ac.rs/wp-content/uploads/EK_Predavanja_02.pdf · Predavanja 2016. Elektronske komponente Poluprovodnici Poluprovodniˇcka

Elektronskekomponente

MOS tranzistor

Struktura i principradaStruktura

Princip rada

Tehnološka realizacija(informativno)

ElektricnekarakteristikeStrujno–naponskekarakteristike

Proboj

Disipacija snage

Tranzistor kaoprekidacCMOS invertor

Tranzistor kaopojacavac

Fotonaponski relej(informativno)

Tehnološka realizacijaIlustracija tehnološke realizacije MOS tranzistora kao diskretne komponente

Protok struje kroz komponentu je vertikalan, tako da se ovastruktura naziva VDMOS (Vertical Double diffused MOS).

Page 232: komponente Poluprovodniˇcka Elektronske komponentemikro.elfak.ni.ac.rs/wp-content/uploads/EK_Predavanja_02.pdf · Predavanja 2016. Elektronske komponente Poluprovodnici Poluprovodniˇcka

Elektronskekomponente

MOS tranzistor

Struktura i principradaStruktura

Princip rada

Tehnološka realizacija(informativno)

ElektricnekarakteristikeStrujno–naponskekarakteristike

Proboj

Disipacija snage

Tranzistor kaoprekidacCMOS invertor

Tranzistor kaopojacavac

Fotonaponski relej(informativno)

Tehnološka realizacijaUgradena dioda kod MOS tranzistora kao diskretne komponente

S obzirom da su p–oblast i n+ sors korišcenjem metalizacijekratko spojeni, to se u strukturi pojavljuje ugradena dioda.Ova dioda se naziva body–drain dioda i elektricno se mani-festuje kao da je povezana izmedu sorsa i drejna.

Elektricni simboli (a) NMOS i (b) PMOS tranzistora sa ugra-denom diodom.

Page 233: komponente Poluprovodniˇcka Elektronske komponentemikro.elfak.ni.ac.rs/wp-content/uploads/EK_Predavanja_02.pdf · Predavanja 2016. Elektronske komponente Poluprovodnici Poluprovodniˇcka

Elektronskekomponente

MOS tranzistor

Struktura i principradaStruktura

Princip rada

Tehnološka realizacija(informativno)

ElektricnekarakteristikeStrujno–naponskekarakteristike

Proboj

Disipacija snage

Tranzistor kaoprekidacCMOS invertor

Tranzistor kaopojacavac

Fotonaponski relej(informativno)

Tehnološka realizacijaIlustracija tehnološke realizacije CMOS invertora u integrisanim kolima

MOS integrisana kola se tehnološki realizuju tako da na is-tom cipu sadrže NMOS i PMOS tranzistore. Osnovni razlogza ovo je mogucnost formiranja elektricnog kola koje se na-ziva CMOS (Complementary MOS) invertor1.

1Videti pod: CMOS invertor

Page 234: komponente Poluprovodniˇcka Elektronske komponentemikro.elfak.ni.ac.rs/wp-content/uploads/EK_Predavanja_02.pdf · Predavanja 2016. Elektronske komponente Poluprovodnici Poluprovodniˇcka

Elektronskekomponente

MOS tranzistor

Struktura i principradaStruktura

Princip rada

Tehnološka realizacija(informativno)

ElektricnekarakteristikeStrujno–naponskekarakteristike

Proboj

Disipacija snage

Tranzistor kaoprekidacCMOS invertor

Tranzistor kaopojacavac

Fotonaponski relej(informativno)

Tehnološka realizacijaTehnološka realizacija CMOS invertora u integrisanim kolima

NMOS tranzistor se realizuje unutar posebne p–oblasti u n–supstratu. Izolacija izmedu tranzistora se postiže pomocu SiO2,koji delom zalazi u supstrat. Elektricna konfiguracija CMOSinvertora zahteva da drejn NMOS tranzistora i drejn PMOStranzistora budu kratkospojeni, što se postiže metalizacijom.Slicno, gejt NMOS i gejt PMOS tranzistora su kratkospojeni,što se postiže posebnim kontaktima (u trecoj dimenziji struk-ture). Tipicna dužina kanala CMOS tranzistora je par desetinanm, a debljina oksida gejta par nm. Ovako male dimenzijeomogucavaju veliku gustinu pakovanja komponenata po jedi-nici površine. Današnja CMOS integrisana kola mogu sadržatii do nekoliko stotina miliona tranzistora po cm2, pri cemu jesmanjivanje dimenzija tranzistora kontinualan proces.

Page 235: komponente Poluprovodniˇcka Elektronske komponentemikro.elfak.ni.ac.rs/wp-content/uploads/EK_Predavanja_02.pdf · Predavanja 2016. Elektronske komponente Poluprovodnici Poluprovodniˇcka

Elektronskekomponente

MOS tranzistor

Struktura i principradaStruktura

Princip rada

Tehnološka realizacija(informativno)

ElektricnekarakteristikeStrujno–naponskekarakteristike

Proboj

Disipacija snage

Tranzistor kaoprekidacCMOS invertor

Tranzistor kaopojacavac

Fotonaponski relej(informativno)

PakovanjaPakovanja MOS tranzistora

MOS integrisana kola i diskretni tranzistori u kucištima: DIL-14, TQFP-64, SOIC-14, TO-92, TO-220 (s leva na desno).MOS tranzistori i integrisana kola su komponente koje su veoma oset-

ljive na elektrostaticko pražnjenje, koje tipicno dovodi do degrada-

cije oksida gejta. Zbog toga je pri manuelnom rukovanju obaveznouzemljenje operatera!

Page 236: komponente Poluprovodniˇcka Elektronske komponentemikro.elfak.ni.ac.rs/wp-content/uploads/EK_Predavanja_02.pdf · Predavanja 2016. Elektronske komponente Poluprovodnici Poluprovodniˇcka

Elektronskekomponente

MOS tranzistor

Struktura i principradaStruktura

Princip rada

Tehnološka realizacija(informativno)

ElektricnekarakteristikeStrujno–naponskekarakteristike

Proboj

Disipacija snage

Tranzistor kaoprekidacCMOS invertor

Tranzistor kaopojacavac

Fotonaponski relej(informativno)

Podela

Diskretni MOS tranzistori se prema nameni mogu uopštenopodeliti na:

tranzistore opšte namene (general purpose MOSFETs),

tranzistore za rad na visokim ucestanostima (RF MO-SFETs),

tranzistore snage (power MOSFETs).

MOS integrisana kola se prema nameni mogu uopšteno pode-liti na:

analogna,

digitalna.

Page 237: komponente Poluprovodniˇcka Elektronske komponentemikro.elfak.ni.ac.rs/wp-content/uploads/EK_Predavanja_02.pdf · Predavanja 2016. Elektronske komponente Poluprovodnici Poluprovodniˇcka

Elektronskekomponente

MOS tranzistor

Struktura i principradaStruktura

Princip rada

Tehnološka realizacija(informativno)

ElektricnekarakteristikeStrujno–naponskekarakteristike

Proboj

Disipacija snage

Tranzistor kaoprekidacCMOS invertor

Tranzistor kaopojacavac

Fotonaponski relej(informativno)

Sadržaj

Struktura i princip radaStrukturaPrincip radaTehnološka realizacija (informativno)

Elektricne karakteristikeStrujno–naponske karakteristikeProbojDisipacija snage

Tranzistor kao prekidacCMOS invertor

Tranzistor kao pojacavac

Fotonaponski relej (informativno)

Page 238: komponente Poluprovodniˇcka Elektronske komponentemikro.elfak.ni.ac.rs/wp-content/uploads/EK_Predavanja_02.pdf · Predavanja 2016. Elektronske komponente Poluprovodnici Poluprovodniˇcka

Elektronskekomponente

MOS tranzistor

Struktura i principradaStruktura

Princip rada

Tehnološka realizacija(informativno)

ElektricnekarakteristikeStrujno–naponskekarakteristike

Proboj

Disipacija snage

Tranzistor kaoprekidacCMOS invertor

Tranzistor kaopojacavac

Fotonaponski relej(informativno)

Elektricne karakteristikeStrujno–naponske karakteristike

Strujno–naponske karakteristike MOS tranzistora standardnopredstavljaju skup zavisnosti struje drejna od napona na gejtui drejnu.Kada je napon na gejtu NMOS tranzistora veci od naponapraga, a napon na drejnu jednak nuli, tada je izmedu sorsai drejna formiran kanal. Dovodenjem malog pozitivnog na-pona na drejn, kroz tranzistor pocinje da tece struja cija jejacina:

ID ≃ k(VGS − VT)VDS , (1)

pri cemu je:

k= µn

W

LC′ox [A V−2] . (2)

Page 239: komponente Poluprovodniˇcka Elektronske komponentemikro.elfak.ni.ac.rs/wp-content/uploads/EK_Predavanja_02.pdf · Predavanja 2016. Elektronske komponente Poluprovodnici Poluprovodniˇcka

Elektronskekomponente

MOS tranzistor

Struktura i principradaStruktura

Princip rada

Tehnološka realizacija(informativno)

ElektricnekarakteristikeStrujno–naponskekarakteristike

Proboj

Disipacija snage

Tranzistor kaoprekidacCMOS invertor

Tranzistor kaopojacavac

Fotonaponski relej(informativno)

Elektricne karakteristikeStrujno–naponske karakteristike

U izrazu (2) je µn pokretljivost elektrona u kanalu2, a C′ox

jekapacitivnost oksida gejta po jedinici površine:

C′ox =ǫox

dox

[F cm−2] . (3)

Dielektricna konstanta SiO2 je ǫox = ǫrǫ0 = 3,9ǫ0 i njenavrednost iznosi 3.45× 10−13 F cm−1.

Za male napone na drejnu, kanal se može posmatrati kao ot-pornik, cija je specificna otpornost odredena koncentracijomelektrona u invertovanom sloju. Struja drejna je linearno pro-porcionalna promeni napona na drejnu, što opisuje izraz (1).

2Kod PMOS tranzistora je µp, odnosno pokretljivost šupljina u kanalu.

Page 240: komponente Poluprovodniˇcka Elektronske komponentemikro.elfak.ni.ac.rs/wp-content/uploads/EK_Predavanja_02.pdf · Predavanja 2016. Elektronske komponente Poluprovodnici Poluprovodniˇcka

Elektronskekomponente

MOS tranzistor

Struktura i principradaStruktura

Princip rada

Tehnološka realizacija(informativno)

ElektricnekarakteristikeStrujno–naponskekarakteristike

Proboj

Disipacija snage

Tranzistor kaoprekidacCMOS invertor

Tranzistor kaopojacavac

Fotonaponski relej(informativno)

Elektricne karakteristikeStrujno–naponske karakteristike

Dalji porast napona na drejnu uzrokuje širenje osiroma-šene oblasti inverzno polarisanog p–n spoja drejn-supstrat.

S obzirom da je koncentracija primesa u supstratu manjanego u drejnu, to se osiromašena oblast mnogo više širina stranu supstrata, nego na stranu drejna.

Zbog toga se smanjuje i koncentracija elektrona u inver-tovanom sloju, neposredno uz drejn.

Page 241: komponente Poluprovodniˇcka Elektronske komponentemikro.elfak.ni.ac.rs/wp-content/uploads/EK_Predavanja_02.pdf · Predavanja 2016. Elektronske komponente Poluprovodnici Poluprovodniˇcka

Elektronskekomponente

MOS tranzistor

Struktura i principradaStruktura

Princip rada

Tehnološka realizacija(informativno)

ElektricnekarakteristikeStrujno–naponskekarakteristike

Proboj

Disipacija snage

Tranzistor kaoprekidacCMOS invertor

Tranzistor kaopojacavac

Fotonaponski relej(informativno)

Elektricne karakteristikeStrujno–naponske karakteristike

Struja drejna nije više linearno proporcionalna naponu na drejnu,jer otpornost kanala lagano raste:

ID = k

(VGS − VT)VDS −1

2V2

DS

(4)

Oblast rada koja se opisuje izrazom (4) naziva se triodna oblast

(triode region). Unutar triodne oblasti, za male napone nadrejnu, nalazi se linearna oblast, koja se opisuje izrazom (1).

Page 242: komponente Poluprovodniˇcka Elektronske komponentemikro.elfak.ni.ac.rs/wp-content/uploads/EK_Predavanja_02.pdf · Predavanja 2016. Elektronske komponente Poluprovodnici Poluprovodniˇcka

Elektronskekomponente

MOS tranzistor

Struktura i principradaStruktura

Princip rada

Tehnološka realizacija(informativno)

ElektricnekarakteristikeStrujno–naponskekarakteristike

Proboj

Disipacija snage

Tranzistor kaoprekidacCMOS invertor

Tranzistor kaopojacavac

Fotonaponski relej(informativno)

Elektricne karakteristikeStrujno–naponske karakteristike

Dalji porast napona na drejnu sve više širi osiromašenuoblast inverzno polarisanog p–n spoja drejn–supstrat, „po-tiskujuci“ na taj nacin kanal od drejna.

Napon na gejtu više nije dovoljan da održava koncentra-ciju elektrona u invertovanom sloju neposredno uz drejn,pa dolazi do prekida kanala.

Page 243: komponente Poluprovodniˇcka Elektronske komponentemikro.elfak.ni.ac.rs/wp-content/uploads/EK_Predavanja_02.pdf · Predavanja 2016. Elektronske komponente Poluprovodnici Poluprovodniˇcka

Elektronskekomponente

MOS tranzistor

Struktura i principradaStruktura

Princip rada

Tehnološka realizacija(informativno)

ElektricnekarakteristikeStrujno–naponskekarakteristike

Proboj

Disipacija snage

Tranzistor kaoprekidacCMOS invertor

Tranzistor kaopojacavac

Fotonaponski relej(informativno)

Elektricne karakteristikeStrujno–naponske karakteristike

Prekid kanala ne znaci da kroz tranzistor prestaje da tecestruja. Elektroni kroz osiromašenu oblast od kraja kanalado drejna prolaze privuceni elektricnim poljem sa drejna.

Medutim, struja drejna prestaje da raste sa porastom na-pona na drejnu i tranzistor ulazi u oblast zasicenja (saturationregion).

Napon na drejnu pri kome tranzistor ulazi u oblast zasi-cenja je:

VDS(sat) = VGS − VT . (5)

Page 244: komponente Poluprovodniˇcka Elektronske komponentemikro.elfak.ni.ac.rs/wp-content/uploads/EK_Predavanja_02.pdf · Predavanja 2016. Elektronske komponente Poluprovodnici Poluprovodniˇcka

Elektronskekomponente

MOS tranzistor

Struktura i principradaStruktura

Princip rada

Tehnološka realizacija(informativno)

ElektricnekarakteristikeStrujno–naponskekarakteristike

Proboj

Disipacija snage

Tranzistor kaoprekidacCMOS invertor

Tranzistor kaopojacavac

Fotonaponski relej(informativno)

Elektricne karakteristikeStrujno–naponske karakteristike

U oblasti zasicenja struja drejna se može opisati izrazom:

ID =1

2k(VGS − VT)

2 . (6)

Može se zakljuciti:

MOS tranzistor ce biti u zasicenju za svaku vrednost na-pona na drejnu za koju je ispunjen uslov:

|VDS| ≥ |VGS − VT| . (7)

Page 245: komponente Poluprovodniˇcka Elektronske komponentemikro.elfak.ni.ac.rs/wp-content/uploads/EK_Predavanja_02.pdf · Predavanja 2016. Elektronske komponente Poluprovodnici Poluprovodniˇcka

Elektronskekomponente

MOS tranzistor

Struktura i principradaStruktura

Princip rada

Tehnološka realizacija(informativno)

ElektricnekarakteristikeStrujno–naponskekarakteristike

Proboj

Disipacija snage

Tranzistor kaoprekidacCMOS invertor

Tranzistor kaopojacavac

Fotonaponski relej(informativno)

Elektricne karakteristikeStrujno–naponske karakteristike: Izlazne karakteristike

Page 246: komponente Poluprovodniˇcka Elektronske komponentemikro.elfak.ni.ac.rs/wp-content/uploads/EK_Predavanja_02.pdf · Predavanja 2016. Elektronske komponente Poluprovodnici Poluprovodniˇcka

Elektronskekomponente

MOS tranzistor

Struktura i principradaStruktura

Princip rada

Tehnološka realizacija(informativno)

ElektricnekarakteristikeStrujno–naponskekarakteristike

Proboj

Disipacija snage

Tranzistor kaoprekidacCMOS invertor

Tranzistor kaopojacavac

Fotonaponski relej(informativno)

Elektricne karakteristikeStrujno–naponske karakteristike: Prenosna karakteristika

Za svaku konkretnu vrednost napona VDS može se nacrtatikriva koja predstavlja zavisnost struje drejna od napona nagejtu. Ova kriva naziva se prenosna karakteristika MOS tran-zistora:

Page 247: komponente Poluprovodniˇcka Elektronske komponentemikro.elfak.ni.ac.rs/wp-content/uploads/EK_Predavanja_02.pdf · Predavanja 2016. Elektronske komponente Poluprovodnici Poluprovodniˇcka

Elektronskekomponente

MOS tranzistor

Struktura i principradaStruktura

Princip rada

Tehnološka realizacija(informativno)

ElektricnekarakteristikeStrujno–naponskekarakteristike

Proboj

Disipacija snage

Tranzistor kaoprekidacCMOS invertor

Tranzistor kaopojacavac

Fotonaponski relej(informativno)

Uticaj temperature

Sa porastom temperature opadaju i napon praga i po-kretljivost nosilaca u kanalu.

Za male napone na gejtu dominira pad napona praga, pastruja drejna raste.

Za vece napone na gejtu dominira pad pokretljivosti no-silaca u kanalu, pa struja drejna opada.

Za jednu vrednost napona na gejtu efekti se medusobnokompenzuju i time je odredena tacka u kojoj se prenosnekarakteristike presecaju. Ova tacka naziva se tacka nul-tog temperaturnog koeficijenta (Zero Temperature Coef-ficient – ZTC).

Page 248: komponente Poluprovodniˇcka Elektronske komponentemikro.elfak.ni.ac.rs/wp-content/uploads/EK_Predavanja_02.pdf · Predavanja 2016. Elektronske komponente Poluprovodnici Poluprovodniˇcka

Elektronskekomponente

MOS tranzistor

Struktura i principradaStruktura

Princip rada

Tehnološka realizacija(informativno)

ElektricnekarakteristikeStrujno–naponskekarakteristike

Proboj

Disipacija snage

Tranzistor kaoprekidacCMOS invertor

Tranzistor kaopojacavac

Fotonaponski relej(informativno)

Sadržaj

Struktura i princip radaStrukturaPrincip radaTehnološka realizacija (informativno)

Elektricne karakteristikeStrujno–naponske karakteristikeProbojDisipacija snage

Tranzistor kao prekidacCMOS invertor

Tranzistor kao pojacavac

Fotonaponski relej (informativno)

Page 249: komponente Poluprovodniˇcka Elektronske komponentemikro.elfak.ni.ac.rs/wp-content/uploads/EK_Predavanja_02.pdf · Predavanja 2016. Elektronske komponente Poluprovodnici Poluprovodniˇcka

Elektronskekomponente

MOS tranzistor

Struktura i principradaStruktura

Princip rada

Tehnološka realizacija(informativno)

ElektricnekarakteristikeStrujno–naponskekarakteristike

Proboj

Disipacija snage

Tranzistor kaoprekidacCMOS invertor

Tranzistor kaopojacavac

Fotonaponski relej(informativno)

Elektricne karakteristikeProboj

Napon VDS se u oblasti zasicenja može povecavati sve dok kodp–n spoja drejn–supstrat ne nastupi proboj. Tada dolazi donaglog porasta struje ID.

MOS tranzistor se normalno ne polariše tako da bude u oblastiproboja, koji po njega može biti destruktivan.

Page 250: komponente Poluprovodniˇcka Elektronske komponentemikro.elfak.ni.ac.rs/wp-content/uploads/EK_Predavanja_02.pdf · Predavanja 2016. Elektronske komponente Poluprovodnici Poluprovodniˇcka

Elektronskekomponente

MOS tranzistor

Struktura i principradaStruktura

Princip rada

Tehnološka realizacija(informativno)

ElektricnekarakteristikeStrujno–naponskekarakteristike

Proboj

Disipacija snage

Tranzistor kaoprekidacCMOS invertor

Tranzistor kaopojacavac

Fotonaponski relej(informativno)

Sadržaj

Struktura i princip radaStrukturaPrincip radaTehnološka realizacija (informativno)

Elektricne karakteristikeStrujno–naponske karakteristikeProbojDisipacija snage

Tranzistor kao prekidacCMOS invertor

Tranzistor kao pojacavac

Fotonaponski relej (informativno)

Page 251: komponente Poluprovodniˇcka Elektronske komponentemikro.elfak.ni.ac.rs/wp-content/uploads/EK_Predavanja_02.pdf · Predavanja 2016. Elektronske komponente Poluprovodnici Poluprovodniˇcka

Elektronskekomponente

MOS tranzistor

Struktura i principradaStruktura

Princip rada

Tehnološka realizacija(informativno)

ElektricnekarakteristikeStrujno–naponskekarakteristike

Proboj

Disipacija snage

Tranzistor kaoprekidacCMOS invertor

Tranzistor kaopojacavac

Fotonaponski relej(informativno)

Elektricne karakteristikeDisipacija snage

Disipacija snage oznacava se sa PD i njena maksimalna dozvo-

ljena vrednost se definiše u tehnickim specifikacijama proizvo-daca za odredenu temperaturu okoline TA u kojoj se tranzistornalazi. Prilikom projektovanja elektronskih kola potrebno jeobezbediti da disipacija snage na tranzistoru u svakom tre-nutku bude manja ili jednaka vrednosti PD, odnosno da važiuslov:

VDSID ≤ PD . (8)

Page 252: komponente Poluprovodniˇcka Elektronske komponentemikro.elfak.ni.ac.rs/wp-content/uploads/EK_Predavanja_02.pdf · Predavanja 2016. Elektronske komponente Poluprovodnici Poluprovodniˇcka

Elektronskekomponente

MOS tranzistor

Struktura i principradaStruktura

Princip rada

Tehnološka realizacija(informativno)

ElektricnekarakteristikeStrujno–naponskekarakteristike

Proboj

Disipacija snage

Tranzistor kaoprekidacCMOS invertor

Tranzistor kaopojacavac

Fotonaponski relej(informativno)

Elektricne karakteristikeDisipacija snage: Oblast sigurnog rada

Oblast sigurnog rada

Granicna kriva predstavlja uslov (8).

Page 253: komponente Poluprovodniˇcka Elektronske komponentemikro.elfak.ni.ac.rs/wp-content/uploads/EK_Predavanja_02.pdf · Predavanja 2016. Elektronske komponente Poluprovodnici Poluprovodniˇcka

Elektronskekomponente

MOS tranzistor

Struktura i principradaStruktura

Princip rada

Tehnološka realizacija(informativno)

ElektricnekarakteristikeStrujno–naponskekarakteristike

Proboj

Disipacija snage

Tranzistor kaoprekidacCMOS invertor

Tranzistor kaopojacavac

Fotonaponski relej(informativno)

Tranzistor kao prekidacIlustracija principa primene MOS tranzistora kao otvorenog (a) i zatvorenog(b) prekidaca

Kada je tranzistor u triodnoj oblasti, napon VDS je relativnomali, tako da se tranzistor ponaša približno kao kratak spojna izlazu.

Da bi MOS tranzistor radio kao prekidac, potrebno je dau neprovodnom stanju bude zakocen, a da u provodnomstanju bude u triodnoj oblasti.

Page 254: komponente Poluprovodniˇcka Elektronske komponentemikro.elfak.ni.ac.rs/wp-content/uploads/EK_Predavanja_02.pdf · Predavanja 2016. Elektronske komponente Poluprovodnici Poluprovodniˇcka

Elektronskekomponente

MOS tranzistor

Struktura i principradaStruktura

Princip rada

Tehnološka realizacija(informativno)

ElektricnekarakteristikeStrujno–naponskekarakteristike

Proboj

Disipacija snage

Tranzistor kaoprekidacCMOS invertor

Tranzistor kaopojacavac

Fotonaponski relej(informativno)

Tranzistor kao prekidacOsnovna kola NMOS (a) i PMOS (b) tranzistora kao prekidaca

Kola se u praksi najcešce realizuju tako da je VGG = VDD.

Page 255: komponente Poluprovodniˇcka Elektronske komponentemikro.elfak.ni.ac.rs/wp-content/uploads/EK_Predavanja_02.pdf · Predavanja 2016. Elektronske komponente Poluprovodnici Poluprovodniˇcka

Elektronskekomponente

MOS tranzistor

Struktura i principradaStruktura

Princip rada

Tehnološka realizacija(informativno)

ElektricnekarakteristikeStrujno–naponskekarakteristike

Proboj

Disipacija snage

Tranzistor kaoprekidacCMOS invertor

Tranzistor kaopojacavac

Fotonaponski relej(informativno)

Tranzistor kao prekidacTalasni oblici ulaznog i izlaznog signala u prekidackom kolu NMOStranzistora

Izlazni signal je invertovan u odnosu na ulazni. Zbog togaosnovno prekidacko kolo tranzistora u logickom smislu pred-stavlja invertor.

Page 256: komponente Poluprovodniˇcka Elektronske komponentemikro.elfak.ni.ac.rs/wp-content/uploads/EK_Predavanja_02.pdf · Predavanja 2016. Elektronske komponente Poluprovodnici Poluprovodniˇcka

Elektronskekomponente

MOS tranzistor

Struktura i principradaStruktura

Princip rada

Tehnološka realizacija(informativno)

ElektricnekarakteristikeStrujno–naponskekarakteristike

Proboj

Disipacija snage

Tranzistor kaoprekidacCMOS invertor

Tranzistor kaopojacavac

Fotonaponski relej(informativno)

Sadržaj

Struktura i princip radaStrukturaPrincip radaTehnološka realizacija (informativno)

Elektricne karakteristikeStrujno–naponske karakteristikeProbojDisipacija snage

Tranzistor kao prekidacCMOS invertor

Tranzistor kao pojacavac

Fotonaponski relej (informativno)

Page 257: komponente Poluprovodniˇcka Elektronske komponentemikro.elfak.ni.ac.rs/wp-content/uploads/EK_Predavanja_02.pdf · Predavanja 2016. Elektronske komponente Poluprovodnici Poluprovodniˇcka

Elektronskekomponente

MOS tranzistor

Struktura i principradaStruktura

Princip rada

Tehnološka realizacija(informativno)

ElektricnekarakteristikeStrujno–naponskekarakteristike

Proboj

Disipacija snage

Tranzistor kaoprekidacCMOS invertor

Tranzistor kaopojacavac

Fotonaponski relej(informativno)

Tranzistor kao prekidacCMOS invertor

Sastoji se od NMOS i PMOS tranzistora:

Tranzistori imaju iste vrednosti napona praga (VTN = |VTP|),kao i struje drejna pri datim naponima polarizacije.

Page 258: komponente Poluprovodniˇcka Elektronske komponentemikro.elfak.ni.ac.rs/wp-content/uploads/EK_Predavanja_02.pdf · Predavanja 2016. Elektronske komponente Poluprovodnici Poluprovodniˇcka

Elektronskekomponente

MOS tranzistor

Struktura i principradaStruktura

Princip rada

Tehnološka realizacija(informativno)

ElektricnekarakteristikeStrujno–naponskekarakteristike

Proboj

Disipacija snage

Tranzistor kaoprekidacCMOS invertor

Tranzistor kaopojacavac

Fotonaponski relej(informativno)

Tranzistor kao prekidacCMOS invertor

Kada je na ulazu invertora VIN = 0, NMOS tranzistor jezakocen jer je VGSN = 0.

Pošto je VGSP = VIN −VDD = −VDD, to ce PMOS tranzistorimati kanal cija je otpornost RchP, pa ce napon na izlazubiti VOUT = VDD.

Kada je napon na ulazu invertora VIN = VDD, PMOS tran-zistor je zakocen jer je VGSP = 0.

Pošto je VGSN = VDD, to ce NMOS tranzistor imati indu-kovani kanal cija je otpornost RchN, pa ce napon na izlazubiti VOUT = 0.

Page 259: komponente Poluprovodniˇcka Elektronske komponentemikro.elfak.ni.ac.rs/wp-content/uploads/EK_Predavanja_02.pdf · Predavanja 2016. Elektronske komponente Poluprovodnici Poluprovodniˇcka

Elektronskekomponente

MOS tranzistor

Struktura i principradaStruktura

Princip rada

Tehnološka realizacija(informativno)

ElektricnekarakteristikeStrujno–naponskekarakteristike

Proboj

Disipacija snage

Tranzistor kaoprekidacCMOS invertor

Tranzistor kaopojacavac

Fotonaponski relej(informativno)

Tranzistor kao prekidacCMOS invertor

Page 260: komponente Poluprovodniˇcka Elektronske komponentemikro.elfak.ni.ac.rs/wp-content/uploads/EK_Predavanja_02.pdf · Predavanja 2016. Elektronske komponente Poluprovodnici Poluprovodniˇcka

Elektronskekomponente

MOS tranzistor

Struktura i principradaStruktura

Princip rada

Tehnološka realizacija(informativno)

ElektricnekarakteristikeStrujno–naponskekarakteristike

Proboj

Disipacija snage

Tranzistor kaoprekidacCMOS invertor

Tranzistor kaopojacavac

Fotonaponski relej(informativno)

Tranzistor kao prekidacCMOS invertor: Naponska prenosna karakteristika VOUT = f(VIN)

Page 261: komponente Poluprovodniˇcka Elektronske komponentemikro.elfak.ni.ac.rs/wp-content/uploads/EK_Predavanja_02.pdf · Predavanja 2016. Elektronske komponente Poluprovodnici Poluprovodniˇcka

Elektronskekomponente

MOS tranzistor

Struktura i principradaStruktura

Princip rada

Tehnološka realizacija(informativno)

ElektricnekarakteristikeStrujno–naponskekarakteristike

Proboj

Disipacija snage

Tranzistor kaoprekidacCMOS invertor

Tranzistor kaopojacavac

Fotonaponski relej(informativno)

Tranzistor kao prekidacCMOS invertor

Struja kroz invertor tece samo u prelaznom režimu, od-nosno kada invertor menja stanje. Zbog toga se u stabil-nom stanju na invertoru ne disipira snaga, što je velikaprednost u odnosu na invertor sa otpornikom stalne ot-pornosti.

PMOS tranzistor na cipu zauzima mnogo manje mesta odotpornika, pa je time omogucena veca gustina pakovanjakomponenata po jedinici površine cipa.

Savremeni mikroprocesori i memorije izraduju se iskljucivo uCMOS tehnologiji.

Page 262: komponente Poluprovodniˇcka Elektronske komponentemikro.elfak.ni.ac.rs/wp-content/uploads/EK_Predavanja_02.pdf · Predavanja 2016. Elektronske komponente Poluprovodnici Poluprovodniˇcka

Elektronskekomponente

MOS tranzistor

Struktura i principradaStruktura

Princip rada

Tehnološka realizacija(informativno)

ElektricnekarakteristikeStrujno–naponskekarakteristike

Proboj

Disipacija snage

Tranzistor kaoprekidacCMOS invertor

Tranzistor kaopojacavac

Fotonaponski relej(informativno)

Tranzistor kao pojacavacPojacanje malih signala

Koncept primene tranzistora kao pojacavaca zasniva se na po-jacanju naizmenicnih malih signala.

Ulazni signal vin se pojacava tako da se na izlazu (drejnu tran-zistora) pojavljuje signal cija je amplituda proporcionalno uve-cana.

Page 263: komponente Poluprovodniˇcka Elektronske komponentemikro.elfak.ni.ac.rs/wp-content/uploads/EK_Predavanja_02.pdf · Predavanja 2016. Elektronske komponente Poluprovodnici Poluprovodniˇcka

Elektronskekomponente

MOS tranzistor

Struktura i principradaStruktura

Princip rada

Tehnološka realizacija(informativno)

ElektricnekarakteristikeStrujno–naponskekarakteristike

Proboj

Disipacija snage

Tranzistor kaoprekidacCMOS invertor

Tranzistor kaopojacavac

Fotonaponski relej(informativno)

Tranzistor kao pojacavacNaponsko pojacanje

Da bi tranzistor pravilno radio kao pojacavac, radnu tacku Q

treba postaviti na odredenom mestu duž radne prave, tako dase ulazni signal pojacava bez izoblicenja3.

Da bi MOS tranzistor radio kao pojacavac, potrebno jeda u provodnom stanju bude u oblasti zasicenja.

3Videti: Bipolarni tranzistor

Page 264: komponente Poluprovodniˇcka Elektronske komponentemikro.elfak.ni.ac.rs/wp-content/uploads/EK_Predavanja_02.pdf · Predavanja 2016. Elektronske komponente Poluprovodnici Poluprovodniˇcka

Elektronskekomponente

MOS tranzistor

Struktura i principradaStruktura

Princip rada

Tehnološka realizacija(informativno)

ElektricnekarakteristikeStrujno–naponskekarakteristike

Proboj

Disipacija snage

Tranzistor kaoprekidacCMOS invertor

Tranzistor kaopojacavac

Fotonaponski relej(informativno)

Tranzistor kao pojacavacPrimer: VT = 2 V, RD = 56Ω i VDD = 9V

Radna prava:

ID =VDD − VDS

RD

za VDS = 0 ⇒ ID =VDD

RD

=9

56≃ 160mA ;

za ID = 0 ⇒ VDS = VDD = 9 V .

Page 265: komponente Poluprovodniˇcka Elektronske komponentemikro.elfak.ni.ac.rs/wp-content/uploads/EK_Predavanja_02.pdf · Predavanja 2016. Elektronske komponente Poluprovodnici Poluprovodniˇcka

Elektronskekomponente

MOS tranzistor

Struktura i principradaStruktura

Princip rada

Tehnološka realizacija(informativno)

ElektricnekarakteristikeStrujno–naponskekarakteristike

Proboj

Disipacija snage

Tranzistor kaoprekidacCMOS invertor

Tranzistor kaopojacavac

Fotonaponski relej(informativno)

Tranzistor kao pojacavacPrimer

Ako se radna tacka izabere kao na slici, za VGS = 3 V tranzistorce biti u zasicenju, pri cemu je ID ≃ 75 mA.

Page 266: komponente Poluprovodniˇcka Elektronske komponentemikro.elfak.ni.ac.rs/wp-content/uploads/EK_Predavanja_02.pdf · Predavanja 2016. Elektronske komponente Poluprovodnici Poluprovodniˇcka

Elektronskekomponente

MOS tranzistor

Struktura i principradaStruktura

Princip rada

Tehnološka realizacija(informativno)

ElektricnekarakteristikeStrujno–naponskekarakteristike

Proboj

Disipacija snage

Tranzistor kaoprekidacCMOS invertor

Tranzistor kaopojacavac

Fotonaponski relej(informativno)

Tranzistor kao pojacavacPrimer

Naponsko pojacanje se prakticno može izracunati kao:

Av = −2IDRD

VGS − VT

, (9)

pri cemu se smatra da su VGS i ID jednosmerni napon na gejtui struja drejna u radnoj tacki, respektivno. Znak „minus“ uka-zuje da su ulazni i izlazni signal suprotni po fazi. Na osnovu(9) je:

Av = −2× 0,075× 56

3− 2≃ −8,4 .

Ako se na ulaz kola dovede naizmenicni signal amplitude 10 mVi ucestanosti 10 kHz, onda se na izlazu dobija signal cija jeamplituda uvecana približno 8,4 puta.

Page 267: komponente Poluprovodniˇcka Elektronske komponentemikro.elfak.ni.ac.rs/wp-content/uploads/EK_Predavanja_02.pdf · Predavanja 2016. Elektronske komponente Poluprovodnici Poluprovodniˇcka

Elektronskekomponente

MOS tranzistor

Struktura i principradaStruktura

Princip rada

Tehnološka realizacija(informativno)

ElektricnekarakteristikeStrujno–naponskekarakteristike

Proboj

Disipacija snage

Tranzistor kaoprekidacCMOS invertor

Tranzistor kaopojacavac

Fotonaponski relej(informativno)

Tranzistor kao pojacavacPrimer: Eksperimentalni rezultat

Page 268: komponente Poluprovodniˇcka Elektronske komponentemikro.elfak.ni.ac.rs/wp-content/uploads/EK_Predavanja_02.pdf · Predavanja 2016. Elektronske komponente Poluprovodnici Poluprovodniˇcka

Elektronskekomponente

MOS tranzistor

Struktura i principradaStruktura

Princip rada

Tehnološka realizacija(informativno)

ElektricnekarakteristikeStrujno–naponskekarakteristike

Proboj

Disipacija snage

Tranzistor kaoprekidacCMOS invertor

Tranzistor kaopojacavac

Fotonaponski relej(informativno)

Tranzistor kao pojacavacUticaj otpornosti otpornika RD na nagib radne prave

Page 269: komponente Poluprovodniˇcka Elektronske komponentemikro.elfak.ni.ac.rs/wp-content/uploads/EK_Predavanja_02.pdf · Predavanja 2016. Elektronske komponente Poluprovodnici Poluprovodniˇcka

Elektronskekomponente

MOS tranzistor

Struktura i principradaStruktura

Princip rada

Tehnološka realizacija(informativno)

ElektricnekarakteristikeStrujno–naponskekarakteristike

Proboj

Disipacija snage

Tranzistor kaoprekidacCMOS invertor

Tranzistor kaopojacavac

Fotonaponski relej(informativno)

Tranzistor kao pojacavacUticaj otpornosti otpornika RD na položaj radne tacke

Veca vrednost otpornosti povecava vrednost pojacanja.Medutim, time se položaj radne tacke približava granicitriodne oblasti, pa se lako može dogoditi da izlazni signalbude izoblicen.

Manja vrednost otpornosti, pored toga što smanjuje po-jacanje, znaci i vecu jednosmernu struju kroz tranzistoru radnoj tacki, što povecava disipaciju snage.

Izbor konkretne vrednosti otpornosti je u praksi kompromiskoji u obzir uzima vrednost napona VDD, tip tranzistora i že-ljenu vrednost pojacanja.

Page 270: komponente Poluprovodniˇcka Elektronske komponentemikro.elfak.ni.ac.rs/wp-content/uploads/EK_Predavanja_02.pdf · Predavanja 2016. Elektronske komponente Poluprovodnici Poluprovodniˇcka

Elektronskekomponente

MOS tranzistor

Struktura i principradaStruktura

Princip rada

Tehnološka realizacija(informativno)

ElektricnekarakteristikeStrujno–naponskekarakteristike

Proboj

Disipacija snage

Tranzistor kaoprekidacCMOS invertor

Tranzistor kaopojacavac

Fotonaponski relej(informativno)

Tranzistor kao pojacavacEksperimentalni primer

Ulazni signal amplitude Vin = 200mV pojacan je približno 8puta.

vin

vout

100mV

1V

Page 271: komponente Poluprovodniˇcka Elektronske komponentemikro.elfak.ni.ac.rs/wp-content/uploads/EK_Predavanja_02.pdf · Predavanja 2016. Elektronske komponente Poluprovodnici Poluprovodniˇcka

Elektronskekomponente

MOS tranzistor

Struktura i principradaStruktura

Princip rada

Tehnološka realizacija(informativno)

ElektricnekarakteristikeStrujno–naponskekarakteristike

Proboj

Disipacija snage

Tranzistor kaoprekidacCMOS invertor

Tranzistor kaopojacavac

Fotonaponski relej(informativno)

Fotonaponski relej

Fotonaponski relej (photovoltaic relay) je optoelektronska kom-ponenta koja predstavlja elektronski prekidac. Drugi naziv zaovu komponentu je fotoMOS relej. Osnovna namena mu je dasluži kao zamena za elektromehanicke releje. Od standardnihelektronskih prekidaca realizovanih pomocu MOS tranzistorarazlikuje se po tome što su ulaz i izlaz galvanski izolovani. Po-red toga, na izlaz releja se može prikljuciti opterecenje kojese pobuduje naizmenicnim signalom.

Page 272: komponente Poluprovodniˇcka Elektronske komponentemikro.elfak.ni.ac.rs/wp-content/uploads/EK_Predavanja_02.pdf · Predavanja 2016. Elektronske komponente Poluprovodnici Poluprovodniˇcka

Elektronskekomponente

MOS tranzistor

Struktura i principradaStruktura

Princip rada

Tehnološka realizacija(informativno)

ElektricnekarakteristikeStrujno–naponskekarakteristike

Proboj

Disipacija snage

Tranzistor kaoprekidacCMOS invertor

Tranzistor kaopojacavac

Fotonaponski relej(informativno)

Fotonaponski relejBlok dijagram

Page 273: komponente Poluprovodniˇcka Elektronske komponentemikro.elfak.ni.ac.rs/wp-content/uploads/EK_Predavanja_02.pdf · Predavanja 2016. Elektronske komponente Poluprovodnici Poluprovodniˇcka

Elektronskekomponente

MOS tranzistor

Struktura i principradaStruktura

Princip rada

Tehnološka realizacija(informativno)

ElektricnekarakteristikeStrujno–naponskekarakteristike

Proboj

Disipacija snage

Tranzistor kaoprekidacCMOS invertor

Tranzistor kaopojacavac

Fotonaponski relej(informativno)

Fotonaponski relejPrincip rada

Na ulazu kola nalazi se LE dioda, koja pobuduje niz fotodioda. Ovaj niz u stvari predstavlja fotonaponsku celiju,ciji je izlazni napon dovoljan da polariše gejt izlaznihMOS tranzistora na vrednost vecu od napona praga, takoda tranzistori mogu da provode struju.

Tranzistori su polarisani u linearnu oblast, tako da je padnapona na njima zanemarljiv. Kada LE dioda prestane daemituje svetlost, izlazni tranzistori se iskljucuju.

Izlazni tranzistori su MOS tranzistori snage, tako da se rele-jem mogu kontrolisati veliki potrošaci. Na izlazu fotonapon-skog releja može biti i samo jedan tranzistor, ali u tom slucajurelej može da kontroliše samo opterecenja koja se pobudujujednosmernim signalom. Sve komponente nalaze se unutarjednog kucišta.

Page 274: komponente Poluprovodniˇcka Elektronske komponentemikro.elfak.ni.ac.rs/wp-content/uploads/EK_Predavanja_02.pdf · Predavanja 2016. Elektronske komponente Poluprovodnici Poluprovodniˇcka

Elektronskekomponente

MOS tranzistor

Struktura i principradaStruktura

Princip rada

Tehnološka realizacija(informativno)

ElektricnekarakteristikeStrujno–naponskekarakteristike

Proboj

Disipacija snage

Tranzistor kaoprekidacCMOS invertor

Tranzistor kaopojacavac

Fotonaponski relej(informativno)

Završne napomenePreporucena literatura

Z. Prijic, A. Prijic, Uvod u poluprovodnicke komponente i

njihovu primenu, Elektronski fakultet u Nišu, 2014. (ISBN:978-86-6125-107-8)Mole se studenti prve godine da procitaju Predgovor, u kome je naznaceno

koji deo materijala se odnosi na predmet ELEKTRONSKE KOMPONENTE.

T. Floyd, Electronic Devices (Conventonal Current Version),9th ed., Pearson, 2013. (ISBN: 1292025646)

Napomena: Prikazane elektricne šeme ne ukljucuju sve deta-lje i mogu se koristiti iskljucivo u obrazovne svrhe.