sciencetalk

Ik verplaats dit bericht maar naar moderene natuurwetenschappen, omdat het echt modern onderzoek betreft, wetenschappers zijn nog steeds bezig transistors sneller te maken, een triljoenen markt.

En terecht, als je het hele vak gaat bekijken, komen daar zo onderhand alle wetenschappelijke disciplines in terug.

Een MOSFET wordt ook wel een gate controlled potentiel barrier genoemd, en dat is juist wat we gaan doen, de spanningsbarriere in de channel willen we verminderen zodat er stroom kan lopen van drain naar source. Als er een positieve spanning wordt aangegeleverd aan de gate worden de electronen in de gaten aangetrokken, en de gaten afgestoten, de gate kant van de dielektrische laag wordt positief geladen, en zoals bij elke capaciteit komt er dan een negatieve lading op de channel kant van de dielektrische laag. In principe worden in de p-type channel eerst de meerderheidsladingdragers, de gaten, afgestoten bij nog hogere lading worden  de minderheidsladingdragers, elektronen, aangetrokken, als dat is gebeurt is inversie opgetreden. Deze inversie laag van elektronen op de rand tussen dielectrische laag en channel schakelt namelijk de lading laag van de twee pn-juncties aan elkaar. Een electron kan nu van de source n-type space charge layer (lading laag) via de inversielaag naar de drain n-type space charge layer, en dat doet het ook, omdat de drain op een hoger potentiaal is.

Nog één kleine opmerking wat betreft het bovenstaande, je vergeet de Vt te noemen. Onderstaand nog enige plaatjes ter verduidelijking.







Bron: Deep Sub-Micron CMOS IC's, Harry Veendrick (ISBN 9055761281)

En nu?

En nu?

Jij stelt een vraag en ik antwoord!

Jij stelt een vraag en ik antwoord!

Ik durf het bijna niet te vragen

De bipolaire transistor.......?

Ik heb er wat tijd in gestoken en ben er niet totaal teverden mee. Mischien kunnen andere het een beetje aanvullen.

Een bipolaire junctie transistor is stroom gestuurd, dit houdt in dat de stroom aan de base de stroom van emitter naar collector defineerd, tegenover het gate potentiaal van een mosfet.

In een pn-junctie diode die terugwaarts geschakeld is is de stroom van de gaten die van n naar p worden aangetrokken (de drift stroom) is in principe onafhankelijk van de toegepaste terugwaardse voltage. Deze drift current hangt af van hoe vaak een elektron-gat paar gecreeert wordt in de lading laag, het hangt niet af van hoe snel de ladingdrager van plus naar min wordt verplaatst, de snelheid is afhankelijk van het aangebrachte potentiaal.

Een zonnecel is in principe een pn-junctie, en kan een stroom laten stromen door de creatie van elektron-gat paren in de lading laag. Een elektron kan uit zijn valantie band worden gehaald door toedoen van zonlicht, in de band blijft er een gat over, het elektron bevindt zich dan in de conductie band. Het elektron en gat wordt in de lading laag door het potentiaal verplaatst naar de plus, dan wel de min kant. Een ander interessant idee is om gaten en elektronen aan te bieden in de lading laag. Deze geinjecteerde gaten kunnen dan als ladingdragers fungeren.

Een pnp transistor bestaat uit een p⁺ doped halfgeleider (emitter), een n doped halfgeleider (base) en een p doped halfgeleider (collector). In een 'common base' configuratie is de emitter voorwaards geschakeld (plus op p-doped), de collector is terugwaards geschakeld, en de base is geschakeld aan zowel de positieve kant van de collector-voeding als de negatieve kant van de emitter voeding.



In een 'common base' schakeling is de emitter op een hoog potentiaal en de collector op een laag potentiaal. Er is geen stroom omdat het n-type materiaal de emitter van de collector scheidt. De enige manier voor stroom tussen emitter en collector is om er voor te zorgen dat de gaten aangeleverd aan de emitter kunnen recombineren met elektronen in de base. Dit wordt gedaan door elektronen aan te bieden aan de base. Als dan de gaten van de emitter worden aangetrokken in de base zullen de meeste gaten aangetrokken worden naar de collector toe omdat dat op een nog lager potentiaal is.

Het ontwerp van een pnp transistor is zo gedaan dat de base erg dun is. de gaten die aangetrokken worden naar de base hebben dan een grotere kans om te worden aangetrokken naar de collector kans, en maar een klein percentage recombineert met electrone in de base. De normale efficientie van emitter naar collector stroom is tussen 95% en 99%.

Hoe meer elektronen er aanwezig zijn in de base, hoe groter de aantrekkingskracht van de gaten en hoe hoger de stroom van emitter naar collector. Omdat de efficientie van recombineren in de base zo laag is (1% tot 5%),is het signaal aangeleverd aan de base meerdere malen vergroot aan de collector, waarvoor de emitter de voeding is.

collector is by allowing for a small amount of holes from the emitter to recombinate with electrons supplied at the base. holes are now able to move into the base region because of the electrons available in the base. When they do, most of the holes are attracted towards the collector which is at a more negative potential than the base.

The design of the pnp junction is in such a way that the n-region is very thin. The holes attracted to the base region by the electrons there have a higher chance to be collected at the collector. The general efficiency if 95% to 99% of current flow from emitter to collector.

The more electrons available at the base, the more holes will attracted. Because the efficiency of recombination in the base is very poor, the base signal van be highly amplified. Een pnp schakeling in common base configuratie versterkt dus het signaal aangeleverd aan de base.

Opmerkingen zijn van harte welkom.

Hoi,

Om je even bij te springen, de volgende 2 plaatjes vondt ik erg verhelderend tijdens mijn Introduction to IC-techniques kursus:



Het plaatje hierboven laat de gaten en electronenenstromen binnen een Bipolaire transistor (NPN) zien. De basisstroom, bestaat feitelijk uit 2 delen, de injectiestroom de emitter in en een recombinatiestroom in de basis zelf. Als de basis-emtter overgang nu voldoende klein wordt (Vbe wordt verhoogd), dan gaat vanuit de basis een injectiestroom lopen. Dit levert op zijn beurt een electronenstroom vanuit de emitter, de basis in, die deels opgepikt wordt door de collector. Hopelijk worden nu de begrippen emitter, basis en collector duidelijk.

Nu kun je zien dat de basis behoorlijk dun moet zijn, anders zou de electronenstroom vanuit de emitter geheel recombineren in de basis (hetgeen een waardeloze transistor oplevert)



Feitelijk hetzelfde, maar nu met stromen. Tevens staan hier wat handzame formules bij, als je zou willen rekenen aan de transistor.

Huidige processen zijn in staat een zeer dunne basis te produceren, dwz sub-micron. Voordeel van de bipolaire transistor is zijn hoge snelheid, in het gigaherzen bereik (20GHz is geen uitzondering). Nadelen zijn de grootte en het stroomverbruik. Belangrijke parameters zijn de currentgain Bèta of Hfe en de Ft, de maximale frequentie (althans voor de electronicus).

Iemand nog interesse in de fysische opbouw van zowel bipolaire als MOS transistoren?

Bron plaatjes: Semiconductor Device Physics, A.W. Ludikhuize (Onderdeel cursus inleiding in de IC techniek van het Philips Centre for Technical Training.

Wat ik niet helemaal begrijp is waarom, en wat de methode is, waarom het recombineren van elektronen met gaten in de basis er voor kan zorgen dat er een stroom loopt tussen emitter en collector.

Op een of andere manier maakt de kleine recombinatiestroom van elektronen van emitter naar gaten van basis (voor npn) het mogelijk om een hele grote stroom op gang te brengen van emitter naar collector,

wat is de ladingdrager voor emitter-collector stroom in de p-type base, en hoe komt het daar.

DePurpereWolf schreef:Wat ik niet helemaal begrijp is waarom, en wat de methode is, waarom het recombineren van elektronen met gaten in de basis er voor kan zorgen dat er een stroom loopt tussen emitter en collector.  

Op een of andere manier maakt de kleine recombinatiestroom van elektronen van emitter naar gaten van basis (voor npn) het mogelijk om een hele grote stroom op gang te brengen van emitter naar collector,

Begrijpelijke vraag.

De recombinatiestroom in de basis is in feite ongewenst, en draagt in die zin niet bij aan de werking van de transistor. Het draagt alleen bij aan de basisstroom en daardoor wordt de currentgain verlaagd. Een bipolaire transistor werkt alleen als de basis voldoende kort is.

De recombinatiestroom is maar een klein deel van de totale stroom die van emitter naar collector loopt. Het bovenste plaatje maakt dit duidelijk. De B-E diode wordt in voorwaarts gezet en gaat dus gewoon geleiden, met de daarbij behorende stroom. Slechts een deel daarvan wordt 'opgemaakt' door de basisstroom

wat is de ladingdrager voor emitter-collector stroom in de p-type base, en hoe komt het daar.

De stroom in de basis van een NPN is een electronenstroom (vanuit de emitter) en in de basis van een PNP is het een gatenstroom. Met andere woorden, de stroom in de basis (van emitter naar collector) is altijd een stroom van de minderheidsladingsdragers, welke vanuit de emitter in de basis wordt gestuurd.

De Hfe wordt in het algemeen aangeduidt met de volgende formule Hfe=Ic/Ib (welke niet in alle gevallen opgaat).

Waarom zijn die minderheidsladingdragers daar, wat heeft het feit van recombineren van elektronen en gaten te maken dat nu wel ineens minderheidsladingdragers aanwezig zijn? Immers, als de basis niet is aangesloten, is er geen stroom ven emitter naar collector.

Het recombineren van elektronen en gaten in de basis heeft tot gevolg dat er nu wel ineens veel minderheidsladingdragers zijn in de basis die stroom toelaten van emitter naar collector, waarom nu wel? en zonder de recombinatie niet.

DePurpereWolf schreef:Waarom zijn die minderheidsladingdragers daar, wat heeft het feit van recombineren van elektronen en gaten te maken dat nu wel ineens minderheidsladingdragers aanwezig zijn? Immers, als de basis niet is aangesloten, is er geen stroom ven emitter naar collector.  

Het recombineren van elektronen en gaten in de basis heeft tot gevolg dat er nu wel ineens veel minderheidsladingdragers zijn in de basis die stroom toelaten van emitter naar collector, waarom nu wel? en zonder de recombinatie niet.

Het is niet de recombinatiestroom die de stroom van emitter naar collector veroorzaakt, maar Ib1 (zie bovenste plaatje). Deze stroom stuurt de B-E diode open en injecteert daarmee minderheidsladingsdragers in de basis.

Als gevolg hiervan ontstaat een recombinatiestroom, immers op dat moment zijn er miderheidsladingsdragers aanwezig in de basis. Zoals gezegd is het in principe een ongewenst effect en moet de basis voldoende kort zijn om een voldoende hoge E-C stroom te behouden. Denk maar eens in, als je de basis heel lang zou maken, zodanig dat alle minderheidsladingsdrager recombineren in de basis, zou je basisstroom hoog zijn en je E-C stroom 0.

Voor mijn gevoel is de recombinatiestroom in de base Ib1, er is ook Ib2, maar die is kleiner.

Dus, correct me if I'm wrong:

Het injecteren van elektronen in de base wordt gedaan door een potentiaal aan te brengen tussen emitter en base, je kunt niet zomaar elektronen in een stof duwen. Dit potentiaal zorgt ervoor dat de elektronen van de emitter en de gaten van de base kunner recombineren in de base. Echter is de base langwerpig en is er een bepaalde tijd nodig om de elektronen met de gaten te laten recombineren. Deze tijd is de recombinatietijd en is groot omdat elektronen de minderheidsgeleiders zijn in de p-type base.

In die tijd dat elektronen dus aanwezig zijn in de p-type base maakt het de base geleidend, en zijn het dus ladgingdragers terwijl ze eigelijk gewoon willen recombineren.

Omdat er ladingdragers zijn kan een elektronen stroom van emitter naar collector lopen, de tijd in dat de base wordt overbrugd is een functie van het aantal ladingdragers in de base en dus Ib1, het potentiaal tussen emitter en collector, en de afstand tussen emitter en collector, de dikte van de base, deze wordt heel klein gehouden zodat er in de recombinatietijd heel veel elektronen van emitter naar collector kunnen worden verplaatst.

DePurpereWolf schreef:Voor mijn gevoel is de recombinatiestroom in de base Ib1, er is ook Ib2, maar die is kleiner.  

Dus, correct me if I'm wrong:

Het injecteren van elektronen in de base wordt gedaan door een potentiaal aan te brengen tussen emitter en base, je kunt niet zomaar elektronen in een stof duwen. Dit potentiaal zorgt ervoor dat de elektronen van de emitter en de gaten van de base kunner recombineren in de base. Echter is de base langwerpig en is er een bepaalde tijd nodig om de elektronen met de gaten te laten recombineren. Deze tijd is de recombinatietijd en is groot omdat elektronen de minderheidsgeleiders zijn in de p-type base.  

In die tijd dat elektronen dus aanwezig zijn in de p-type base maakt het de base geleidend, en zijn het dus ladgingdragers terwijl ze eigelijk gewoon willen recombineren.  

Omdat er ladingdragers zijn kan een elektronen stroom van emitter naar collector lopen, de tijd in dat de base wordt overbrugd is een functie van het aantal ladingdragers in de base en dus Ib1, het potentiaal tussen emitter en collector, en de afstand tussen emitter en collector, de dikte van de base, deze wordt heel klein gehouden zodat er in de recombinatietijd heel veel elektronen van emitter naar collector kunnen worden verplaatst.

okee, wat gaan we nou doen?

Een mogelijke onderwerpen, waar ik, heel eerlijk gezegd, zeer weinig van afweet

De halfgeleider laser

Een stukje halfgeleider dat op zeer grote schaal toegepast wordt.