WWW.DISS.SELUK.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА
(Авторефераты, диссертации, методички, учебные программы, монографии)

 

Pages:   || 2 | 3 | 4 |

«Т.М. ТКАЧЕВА ОСНОВЫ ПОЛУПРОВОДНИКОВОЙ ТЕХНИКИ И ЕЕ ПРИМЕНЕНИЕ В АВТОТРАНСПОРТНОМ КОМПЛЕКСЕ Учебное пособие Утверждено в качестве учебного пособия редсоветом МАДИ(ГТУ) МОСКВА 2007 УДК ...»

-- [ Страница 1 ] --

МОСКОВСКИЙ

АВТОМОБИЛЬНО-ДОРОЖНЫЙ ИНСТИТУТ

(ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ)

Т.М. ТКАЧЕВА

ОСНОВЫ ПОЛУПРОВОДНИКОВОЙ

ТЕХНИКИ

И ЕЕ ПРИМЕНЕНИЕ

В АВТОТРАНСПОРТНОМ КОМПЛЕКСЕ

Учебное пособие

Утверждено в качестве учебного пособия редсоветом МАДИ(ГТУ) МОСКВА 2007 УДК 53.043:621.382 ББК 22.3 + 32.852 Ткачева Т.М. Основы полупроводниковой техники и ее применение в автотранспортном комплексе: Учебное пособие, МАДИ(ГТУ). - М., 2007. - с.

Рецензенты: д-р физ.-мат. наук, вед. науч. сотр. кафедры «Физика твердого тела» физического факультета Московского государственного университета им. М.В. Ломоносова М.А.Андреева, канд. физ.-мат. наук, профессор, зам. зав. кафедрой инженерной педагогики МАДИ(ГТУ) З.С.Сазонова.

Учебное пособие содержит краткий обзор истории изучения полупроводниковых материалов и возникновения полупроводниковых приборов, а также вычислительной техники. В нем рассмотрены модели кристаллической и энергетической структур полупроводниковых материалов, энергетические состояния в кристаллах полупроводников, зонная структура, виды химической связи. Изложены сведения о свойствах полупроводниковых материалов, рассмотрены контактные явления в полупроводниках, работа полевых и биполярных транзисторов, светодиодов, МОП-структур и Интегральных схем на их основе. В пособии представлены также примеры применения полупроводниковых приборов в автомобилях и других устройствах автотранспортного комплекса.

Учебное пособие предназначено в качестве пособия по элективному курсу для студентов, обучающихся по специальностям:

«Оборудование и технология повышения износостойкости и восстановления деталей машин и аппаратов», «Средства аэродромнотехнического обеспечения полетов авиации», «Сервис транспортных и технологических машин и оборудования».

© Московский автомобильно-дорожный институт государственный технический университет),

ВВЕДЕНИЕ

Использование полупроводников в электронике прошло длительный путь - от первого детектора на кристалле сернистого свинца до современных компьютеров. Успехи в исследовании и применении полупроводниковых материалов было бы невозможно без физики и химии полупроводниковых материалов, а также без достижений производственных отраслей - металлургии и машиностроения. Возникла и успешно развивается физическая микроэлектроника, которая рассматривает процессы, происходящие на микроскопическом уровне, и изучает материалы, свойства которых описывает физика твердого тела. Физика полупроводников, являясь важной частью физики твердого тела, выделилась в самостоятельную науку в результате обнаруженной возможности технического приложения.





Примерами использования полупроводниковых приборов в автотранспортном комплексе являются фары, электронные системы зажигания, бортовые компьютеры, позволяющие не только контролировать работу всех систем автомобиля, но и точно определять положение в пространстве, корректировать свое передвижение с использованием глобальной системы позиционирования GPS. Такие полупроводниковые приборы, как светодиоды, активно используются в светофорах, фарах и приборных модулях автомобиля. Многие европейские города уже перешли на дорожные сигналы, построенные на светодиодных модулях. В Москве такие светофоры установлены на всех главных улицах.

Благодаря физике твердого тела, физике полупроводников и диэлектриков, физике полупроводниковых приборов удалось добиться ошеломляющих успехов при создании всей современной вычислительной техники. Без вычислительной техники, компьютеров и коммуникационных систем невозможно процветание ни одной из отраслей промышленности, а в конечном итоге, и государства в целом. Современная кремниевая микроэлектроника изменила не только технологическое, но и социальное лицо мира.

Знание физических основ полупроводниковой техники позволит выпускникам МАДИ осознанно подходить к проектированию и эксплуатации современных автомобилей.

Глава 1. ИСТОРИЧЕСКИЙ ОБЗОР РАЗВИТИЯ ФИЗИЧЕСКОЙ

ЭЛЕКТРОНИКИ ОТ ДИСКРЕТНЫХ ПРИБОРОВ ДО

ИНТЕГРАЛЬНЫХ СХЕМ

Исследование свойств полупроводников было начато еще М.

Фарадеем и А. Беккерелем в XIX веке. Фарадей открыл, что сульфат серебра имеет отрицательный температурный коэффициент сопротивления, то есть с увеличением температуры сопротивление уменьшается. Беккерель изучил эту характеристику для различных электролитов, также проявляющих полупроводниковые свойства.

XX век начался с изобретений в области электронных приборов.

А.Флемминг (1905), стремясь создать детектор электрических колебаний, разработал конструкцию вакуумного диода, который явился первой электронной лампой. Почти одновременно с ним Гертель и Эльстел (1905) создали фотоэлемент. Промышленный выпуск фотоэлементов начался лишь в 20-х годах XX века после изобретения звукового кино и телевидения. Вслед за этим Ли де Форсет разработал вакуумный триод. Эта электронная лампа могла не только детектировать, но и усиливать электронный сигнал.

С 1915 г. в качестве детекторов начинают использовать кристаллы сернистого свинца (PbS). Приблизительно в 1920-е годы были предложены селеновые и купроксные выпрямители; радиолампы использовались совместно с кристаллическими детекторами.





К периоду 1920-1940 гг. относится изобретение тетрода и пентода.

Одновременно физики разрабатывали теоретические положения, описывающие наблюдаемые явления и позволяющие прогнозировать и предсказывать дальнейшие направления развития технических приложений для полупроводниковых веществ. В 1923 г.

Шотки опубликовал теорию твердотельного выпрямителя. Это была первая теоретическая работа в области полупроводников, которая показала необходимость привлечения квантово-механических методов.

Примерно в 1940 г., во время второй мировой войны, для целей радиолокации был впервые создан кристаллический детектор сантиметрового диапазона длин волн. Электронная промышленность начала развиваться с головокружительной быстротой. Была создана техническая возможность для миниатюризации изделий. Появились легкие и прочные материалы для электронных приборов. Новый импульс развитию этой отрасли дало изобретение полупроводникового диода, хотя вакуумные приборы продолжали широко использоваться.

К концу 1940-х годов стали очевидными ограниченные возможности электровакуумных приборов. Единственно возможным выходом стала разработка новых приборов без накаливаемых катодов.

Решение было найдено в применении твердых тел, электропроводность которых может меняться под действием электрических факторов, т.е. полупроводников. В это время в США в лабораториях фирмы «Белл Телефон» группа инженеров (электронщиков и металлургов) создала первый усилительный полупроводниковый прибор.

Первоначально использовали германий в качестве полупроводника и слюду в качестве диэлектрика. Однако первые опыты, проведенные Уильямом Шокли и Джеральдом Пирсоном, привели к отрицательному результату. В течение 1947 г. Уолтер Браттейн и Джон Бардин создали действующую модель усилительного прибора на германии, который был впервые продемонстрирован 23 декабря.

Контактами служили тонкие золотые проволочки. У.Шокли проанализировал результаты и предложил конструкцию сплавного транзистора, реализованную в 1948 г. Так появился «биполярный транзистор» (использующий два вида носителей заряда: и электроны, и дырки). Так началась новая эра в электронике, а в 1956 г. У.Шокли, Д.Бардин и У.Браттейн были удостоены Нобелевской премии по физике за изобретение биполярного транзистора.

Работы по созданию кристаллического прибора начались еще до начала второй мировой войны. Следует отметить, что большое значение для создания такого типа приборов имели работы Олега Васильевича Лосева, гениального изобретателя из нижегородской радиолаборатории. В числе прочих открытий Лосева было создание кристаллического усилителя «кристадин Лосева». К сожалению, это открытие не соответствовало уровню техники и технологии того времени, поэтому оно не получило признания и было забыто.

Первые советские германиевые транзисторы с p-n переходами и силовые германиевые приборы были созданы в начале 1950-х годов в Ленинградском физико-техническом институте при участии Нобелевского лауреата Ж.И.Алферова. В основу технологических исследований были положены эпитаксиальные методы, позволяющие управлять такими фундаментальными параметрами полупроводника, как ширина запрещенной зоны, величина электронного сродства, эффективная масса носителей тока, показатель преломления и т.д., внутри единого монокристалла. Дальнейшее усовершенствование приборов привело к созданию полевых транзисторов с управляющей базой, туннельных диодов, диодных и триодных транзисторов и т.п. Затем в 1960 г. Аталлой и Калангом был придуман полевой МОП-транзистор (МОП означает последовательность соединения следующих материалов: металл-окиселполупроводник). В 1963 г. Хофстейн и Нейман создали первый МОП-транзистор, работающий в режимах обеднения и обогащения.

В конце 1950-х годов стало ясно, что необходимо создавать приборы и устройства с размерами, намного меньшими существовавших тогда изделий. Первым результатом стало создание устройств из дискретных компонентов на кремнии. Развитие новых типов устройств началось с создания цифровых схем на дискретных биполярных транзисторах (1962). Вскоре были разработаны первые монолитные микросхемы, которые представляли собой уже интегральные устройства, выполненные на общей кремниевой подложке. В 1959 г. была создана первая интегральная схема. Она представляла собой пластину из монокристалла кремния площадью несколько квадратных сантиметров, на которой были размещены соединенные между собой транзисторы. Для получения необходимого количества приборов и необходимых соединений между ними следовало «нарисовать» будущую схему на пластине. Толщина разметки определяла и определяет степень достигнутого прогресса в области изготовления интегральных схем. Современный технологический уровень соответствует линиям размером 0,35 микрона. В самом ближайшем будущем ожидается переход на размер 0,18 микрона и через 5…7 лет - на 0,1 микрона.

Следующим достижением стало использование биполярных интегральных схем (ИС) в МОП-устройствах. Благодаря этому были достигнуты крупные успехи в производстве цифровых интегральных схем. Начиная с 1972 г., выпуск ИС на основе МОП-технологии стал превышать выпуск многоэлектронных биполярных устройств. Затем были предложены новые варианты компоновки устройств и приборов на пластине кремния для получения определенной ИС и, наконец, научились изготавливать СБИС (Сверхбольшие Интегральные Схемы). Дальнейший прогресс в этой области связан не столько с развитием физики, сколько с развитием технологии. Действительно, если первая интегральная микросхема, созданная Р.Нойсом в г. содержала только RC-цепочку, то современные СБИС содержат до 10 миллионов транзисторов на кристалле размером менее 2 см2.

Ясно, что любые новые направления в электронике будут связаны с совершенствованием технологии интегральных схем.

Вторая ветвь в развитии микроэлектроники связана с исследованиями полупроводниковых гетероструктур. За работы в этой области удостоены Нобелевской премии 2000 года Ж.И.Алферов, Джек Килби и Герберт Кремер. Жорес И.Алфёров и Герберт Кремер открыли и развили быстрые опто- и микроэлектронные компоненты, которые создаются на базе многослойных полупроводниковых гетероструктур. Джек Килби изобрел миниатюрный электронный чип, обязательный компонент каждого компьютера. Гетеролазеры передают, а гетероприемники принимают информационные потоки по волоконно-оптическим линиям связи. Гетеролазеры можно обнаружить также в проигрывателях CD-дисков, устройствах, декодирующих товарные ярлыки, в лазерных указках и во многих других приборах.

На основе гетероструктур созданы мощные высокоэффективные светоизлучающие диоды, используемые в дисплеях, лампах тормозного освещения в автомобилях и светофорах. В гетероструктурных солнечных батареях, которые широко используются в космической и наземной энергетике, достигнуты рекордные эффективности преобразования солнечной энергии в электрическую.

С использованием разработанной Ж.И.Алфёровым в 70-х годах технологии высокоэффективных, радиационно стойких солнечных элементов на основе AIGaAs/GaAs гетероструктур в России (впервые в мире) было организовано крупномасштабное производство гетероструктурных солнечных элементов для космических батарей.

Одна из них, установленная в 1986 году на космической станции «Мир», проработала на орбите весь срок эксплуатации без существенного снижения мощности.

В 1995 году Ж.И.Алфёров со своими сотрудниками впервые демонстрирует инжекционный гетеролазер на квантовых точках, работающий в непрерывном режиме при комнатной температуре. Принципиально важным стало расширение спектрального диапазона лазеров с использованием квантовых точек на подложках GaAs. Такие приборы являются одними из самых современных. Их основой служат квантово-размерные структуры (наноструктуры), создающиеся укладыванием атомов один к одному. Если в сложном полупроводниковом кристалле выращивать другой материал, состоящий из 10, 20, 100, 1000 разных атомов, то этот «коллектив» из десятка или тысячи атомов имеет свойства одного индивидуального атома нового вещества! При выращивании атомных кластеров по определенному закону создают совершенно новые вещества с новыми уникальными свойствами.

Квантовые точки, квантовые проволоки, квантово-размерная физика конденсированного состояния содержат такое богатство новых физических явлений, новых физических идей, что через 10… лет технические информационные системы могут кардинально измениться.

Нельзя не отметить еще одно открытие XX-го века, связанное с использованием полупроводниковых материалов. Это - открытие лазерно-мазерного принципа. Решающий вклад был сделан Ч.Таунсом в США, Н.Г.Басовым и А.М.Прохоровым в СССР.

В мае 1952 г. Н.Г.Басов и А.М.Прохоров предложили конструкцию молекулярного генератора, основанного на инверсной заселенности. Если атомы перевести из основного состояния на наиболее высокий из трех энергетических уровней, то на промежуточном уровне окажется большее число атомов (молекул), чем на нижнем.

Результатом является индуцированное излучение с частотой, соответствующей разности энергий между двумя более низкими уровнями.

Американский физик Чарлз Х.Таунс, работая независимо в том же направлении в Колумбийском университете, в 1953 г. создал работающий мазер (Таунс с коллегами придумал этот термин: аббревиатура из первых букв английских слов: микроволновое усиление с помощью индуцированного стимулированного излучения - microwave amplification by stimulated emission of radiation).

В 1960 г. трехуровневый метод был подтвержден американским физиком Теодором Мейменом, работавшим в компании «Хьюз эйркрафт». Он получил усиление световых волн, используя в качестве резонансной камеры длинный кристалл синтетического рубина, на который была навита спиральная трубка с газом ксеноном. Газовый разряд сопровождался вспышками, способными вызвать индуцированное излучение. Поскольку Меймен использовал свет, его прибор получил название «лазер» (аббревиатура из первых букв английских слов: усиление света с помощью индуцированного (стимулированного) излучения - light amplification by stimulated emission of radiation).

В 1970 году американцами были созданы первые волокна с малыми потерями, а в СССР в это время впервые в мире появились полупроводниковые лазеры, работающие в непрерывном режиме при комнатной температуре на основе так называемых полупроводниковых гетероструктур. Так возникла волоконно-оптическая связь.

Полупроводниковые лазеры широко применяются в лазерных проигрывателях, где иголочкой, снимающей информацию, служит крохотный полупроводниковый лазер.

Лазерная техника быстро развивается и очень широко применяется. Она стала мощным техническим и технологическим средством в медицине, с ее помощью делаются сложнейшие, но ставшие уже вполне привычными операции, производятся сварка и резка материалов. Не секрет, что существует лазерное оружие, позволяющее сбивать спутники. Вместе с тем лазер сегодня - это могучее информационное средство, и в области информатики полупроводниковые лазеры (лазеры на основе полупроводниковых гетероструктур) играют огромную роль. Такой лазер из различных материалов, представляющих собой единый кристалл, стал сердцем волоконно-оптической связи. Сегодня Земной шар опоясан почти миллионами оптических волокон для телефонной связи.

Глава 2. ИСТОРИЧЕСКИЙ ОБЗОР РАЗВИТИЯ

ВЫЧИСЛИТЕЛЬНОЙ ТЕХНИКИ.

ПРЕДСТАВЛЕНИЯ О РЫНКЕ ПОЛУПРОВОДНИКОВЫХ

ЭЛЕМЕНТОВ

Наиболее известным примером использования интегральных схем в приборах являются компьютеры. Слово «компьютер» означает «вычислитель». С давних пор человек пытался автоматизировать процесс счета. Сначала это были счетные палочки, потом счеты. Затем в 1642 г. Блез Паскаль изобрел устройство, механически выполняющее сложение чисел, а в 1673 г. Готфрид Вильгельм Лейбниц изобрел арифмометр, который выполнял четыре арифметических действия. Этот прибор получил широкое распространение, начиная с XIX века. Появилась профессия «счетчик», т.е. человек, который умеет хорошо и сравнительно быстро работать на арифмометре. С помощью этого прибора выполняли некоторые сложные расчеты, например, расчеты баллистических таблиц для артиллерии. Но скорость работы даже первоклассного счетчика была очень малой, так как все записи и действия производились вручную.

В 1822 г. английский ученый Чарльз Бэббидж построил пробную модель вычислительного устройства, назвав ее «разностной машиной». Работа модели основывалась на принципе, известном в математике как «метод конечных разностей». Данный метод позволяет вычислять значения многочленов, используя только операцию сложения и не выполняя умножение и деление, которые значительно труднее поддаются автоматизации. При этом предусматривалось применение десятичной системы счисления (а не двоичной, как в современных компьютерах).

Однако «разностная машина» имела довольно ограниченные возможности. Репутация Ч.Бэббиджа как первооткрывателя в области автоматических вычислений завоевана в основном благодаря другому, более совершенному устройству - аналитической машине (к идее создания которой Бэббидж пришел в 1834 г.). Аналитическая машина имела удивительно много общего с современными компьютерами. Она должна была приводиться в действие силой пара, а программы кодировались на перфокарты. Предполагалось, что это будет вычислительная машина для решения широкого круга задач, способная выполнять основные операции: сложение, вычитание, умножение, деление. Предусматривалось наличие в машине «склада» и «мельницы» (в современных компьютерах им соответствуют память и процессор). Причем планировалось, что результаты можно будет выдавать на печать (и даже представлять их в графическом виде) или на перфокарты. Но Бэббидж не смог довести до конца работу по созданию аналитической машины ввиду ее сложности и недостаточного уровня развития техники того времени.

Первая счетная машина, использующая электрическое реле, была сконструирована в 1888 г. американцем немецкого происхождения Германом Холлеритом и уже в 1890 г. применялась при переписи населения. В качестве носителя информации применялись перфокарты. Они были настолько удачными, что без изменений просуществовали до наших дней.

В 1930 году американский ученый Буш изобрел дифференциальный анализатор - первый в мире компьютер.

В 1943 г. американец Говард Эйкен, используя идеи английского математика Чарльза Бэббиджа, сумел разработать аналитическую машину для автоматических вычислений. Информация вводилась в такую машину с помощью перфокарт. В 1944 г. на предприятии фирмы IBM была построена первая машина для автоматических вычислений. Её назвали «Марк-1».

В 1946 г. другая группа специалистов под руководством Джона Моучли и Джона Экера в Пенсильванском университете США на основе использования электронных ламп построила машину под названием ENIAC (Electronic Numerical Integrator and Computer - электронный числовой интегратор и вычислитель), которая работала в тысячу раз быстрее, чем «Марк-1». ENIAC содержала 17000 электронных ламп, 7200 кристаллических диодов, 4100 магнитных элементов и занимала площадь 300 м2. Она производила 5000 операций сложения и 300 операций умножения в секунду. Однако эту машину надо было готовить к работе для одного типа вычислений несколько часов или даже несколько дней.

В 1949 г. была создана первая машина, умеющая сохранять введенную в нее программу («Эдсак»). Затем в 1951 г. был выпущен первый серийный компьютер («Юнивак»). Впервые для хранения и записи информации была использована магнитная лента.

Первой отечественной ЭВМ была МЭСМ (малая электронная счетная машина), выпущенная в 1951 г. под руководством Сергея Александровича Лебедева. Её номинальное быстродействие - операций в секунду.

Знаменитый математик Джон фон Нейман в 1945 г. сформулировал основные принципы компьютера, в памяти которого хранилась бы вычислительная программа. Согласно фон Нейману компьютер должен иметь следующие устройства:

• арифметическо-логическое устройство, выполняющие арифметические и логические операции;

• устройство управления, которое организует процесс выполнения программ;

• запоминающее устройство, или память для хранения программ и данных;

• внешние устройства для ввода-вывода информации.

В основе работы компьютера лежат следующие принципы:

• принцип двоичного кодирования (согласно этому принципу вся информация, поступающая в ЭВМ, кодируется с помощью двоичных сигналов);

• принцип программного управления (из него следует, что программа состоит из набора команд, которые выполняются процессором автоматически друг за другом в определенной последовательности);

• принцип однородности памяти (Программы и данные хранятся в одной и той же памяти. Поэтому ЭВМ не различает, что хранится в данной ячейке памяти - число, текст или команда. Над командами можно выполнять такие же действия, как и над данными);

• принцип адресности (структурно основная память состоит из пронумерованных ячеек; процессору в произвольный момент времени доступна любая ячейка).

Эти принципы используются с тех пор, а совершенствуется лишь техническое исполнение и программное обеспечение.

В 1959 г. завершилась разработка в стенах МГУ уникальной троичной ЭВМ «Сетунь». Ее главный конструктор - Николай Петрович Брусенцов. На «Сетуни» решались задачи: математического моделирования в физике и химии, оптимизации управления производством, краткосрочных прогнозов погоды, конструкторских расчетов, компьютерного обучения, автоматизированной обработки экспериментальных данных и т.д.

Eще одной особенностью машины была страничная двухуровневая организация памяти. Магнитный барабан был связан с быстрой оперативной памятью постраничным обменом. Таким образом, получался своего рода кэш, который способствовал повышению производительности машины.

«Сетунь» выпускалась серийно в Казани, но небольшими партиями, по 15-20 машин в год без большого энтузиазма со стороны производственников. За пять лет было выпущено 50 машин, 30 из них стояли в высших учебных заведениях. «Сетунь» действительно оказалась надежной - практически без всякого сервиса она работала и в Калининграде, и в Магадане.

Компьютеры 40-х и 50-х годов были доступны только крупным компаниям и учреждениям, так как они стоили очень дорого и занимали несколько больших залов. Первый шаг к уменьшению размеров и цены компьютеров стал возможен с изобретением в 1948 г.

транзисторов. Через 10 лет, в 1958 г. Джек Килби придумал, как на одной пластине полупроводника получить несколько транзисторов.

В 1959 г. Роберт Нойс (будущий основатель фирмы Intel) изобрел более совершенный метод, позволивший создать на одной пластинке и транзисторы, и все необходимые соединения между ними. Полученные электронные схемы стали называться интегральными схемами, или чипами. В 1968 г. фирма Burroughs выпустила первый компьютер на интегральных схемах, а в 1970 г. фирма Intel начала продавать интегральные схемы памяти.

В 1971 г. был сделан ещё один важный шаг на пути к персональному компьютеру: фирма Intel выпустила интегральную схему, аналогичную по своим функциям процессору большой ЭВМ. Так появился первый микропроцессор Intel-4004. Уже через год был выпущен процессор Intel-8008, который работал в два раза быстрее своего предшественника.

Вначале эти микропроцессоры использовались только электронщиками-любителями и в различных специализированных устройствах. Первый коммерчески распространяемый персональный компьютер Altair был сделан на базе процессора Intel-8080, выпущенного в 1974 г. Разработчик этого компьютера - крохотная компания MIPS из Альбукерка (шт. Нью-Мексико) - продавала машину в виде комплекта деталей за 397 долл., а полностью собранной - за 498 долл. У компьютера была память объёмом 256 байт, клавиатура и дисплей отсутствовали. Можно было только щёлкать переключателями и смотреть, как мигают лампочки. Вскоре у Altair появились и дисплей, и клавиатура, и добавочная оперативная память, и устройство долговременного хранения информации (сначала на бумажной ленте, а затем на гибких дисках).

В 1976 г. был выпущен первый компьютер фирмы Apple, который представлял собой деревянный ящик с электронными компонентами. Если сравнить его с выпускаемым сейчас iMac, то становится ясным, что со временем изменялась не только производительность, но и улучшался дизайн ПК.

Вскоре к производству ПК присоединилась и фирма IBM. Отметим, что первый персональный компьютер IBM PC был официально представлен публике в августе 1981 г. Благодаря принципу открытой архитектуры этот компьютер можно было самостоятельно модернизировать и добавлять в него дополнительные устройства, разработанные независимыми производителями. За каких-то полгода IBM продала 50 тыс. машин, а через два года обогнала компанию Apple по объёму продаж.

Производительность современных ПК больше, чем у суперкомпьютеров, сделанных десять лет назад. Поэтому через несколько лет компьютеры широкого применения - «персоналки» будут работать со скоростью, которой обладают современные суперЭВМ.

С 80-х годов ХХ-го века компьютеры IBM PC и совместимые с ними составляют около 90% всех производимых в мире компьютеров.

В настоящее время основным полупроводниковым материалом для изготовления полупроводниковых приборов, является кремний:

до 98% всех приборов приходится на его долю. В результате стремительного увеличения спроса на полупроводниковые микросхемы (компьютеры, их периферия, оборудование для телекоммуникаций) производство этой продукции растет небывалыми темпами. Производители схем вкладывают миллионы долларов в строительство суперсовременных заводов для производства миллионов «чипов»

(СБИС) в год. Например, в 1995 г. капиталовложения фирмпроизводителей кремния достигли 35 миллиардов долларов.

Капитальные вложения в полупроводниковую промышленность после небольшого увеличения в 2006 г. перестали расти. Однако в результате наблюдающегося всплеска спроса на продукцию электронной промышленности вновь потребуются большие инвестиции.

Предполагается, что в ближайшее время капиталовложения в производство ИС вырастут на 10% и достигнут примерно 50,4 млрд.

долл. Эта цифра в истории развития ИС станет второй после рекордного 2000 г., когда сумма капитальных вложений составляла 60,3 млрд. Соотношение качество/цена должно вырасти до 20,4 % (сравним с предыдущими периодами максимальных капитальных вложений: 32% в 1995 г. и 30% в 2000 г.).

В настоящее время при благоприятной обстановке на рынке полупроводниковых систем в целом, в 2007 г. ожидаются проблемы у производителей флэш-памяти из-за выхода на рынок новых игроков (например, IM Flash или Intel/Micron JV), а также активного распространения на рынке изделий уже существующих производителей, таких как Samsung and Toshiba/SanDisk.

В начале 90-х годов в ведущих странах мира (США, Япония, Франция, Германия, Великобритания) рост объемов потребления интегральных схем составил в 10…18%. В 2007 г. ожидается прирост продаж интегральных схем систем в 7,6% по сравнению с 2005 г.

Сегодня объем продаж электронных полупроводниковых компонентов в мире составляет примерно 150 млрд. долл. По странам эта сумма распределяется следующим образом: 50 млрд. долл.

приходится на США, еще 50 млрд. - на Японию, 11 млрд. - на Тайвань, 7 млрд. - на Южную Корею, чуть меньше приходится на Германию. В 1980-е годы на СССР приходилось, если переводить в доллары, около 15 млрд. Это примерно соответствует нынешней доле рынка в 25 млрд. долл. СССР был третьей электронной державой мира.

Ведущими фирмами мира по выпуску монокристаллического кремния и пластин на его основе являются: США - Monsanto, Motorola, Texas Instruments, Siltec; Япония:

- Shin Etsu, High-Purity Silicon, Komatsu, Osaka Titanium, Toshiba, NEC, Sumitomo и др.; Германия - Wacker Chemitronic, Siemens и др. Кроме того, в Европе активно работают фирмы Италии, Дании, Франции и др. Очень большую активность проявляют фирмы Южной Кореи - Samsung, Gold Star и другие, а также всей Юго-Восточной Азии. Основными потребителями пластин монокристаллического кремния являются США и Япония.

Одна из главных тенденций настоящего времени - увеличение памяти и возможностей интегральных схем - может быть осуществлена при увеличении диаметра кремниевых пластин, на которых изготавливают ИС. Увеличение диаметра пластин возможно при совершенствовании методов выращивания монокристаллов кремния, из которых получают пластины.

Это означает, что необходимо совершенствовать целую цепочку технологий: добывать сырье высокого качества, перерабатывать его в полуфабрикат для выращивания монокристаллов, выращивать совершенные монокристаллы, резать их на пластины с минимальным повреждением поверхности и искажением объемных свойств, наилучшим образом обрабатывать поверхность пластин перед изготовлением прибора и, наконец, иметь достойную технологию получения ИС. А затем все это надо еще и собрать, а значит иметь хорошие коммутационные возможности. Вышеперечисленные задачи отражают лишь часть совокупности проблем, которые решаются при изготовлении приборов.

В ведущих странах мира наблюдается значительный социальный эффект от широкого внедрения физики и технологии полупроводников в различные области человеческой деятельности. Например, в США с 70-х годов более 50% населения занимаются переработкой, получением и использованием информации. Человечество вошло в так называемое постиндустриальное общество, разрушив собственно индустриальное.

В XXI-ом веке по-прежнему ведущую роль будет играть микроэлектроника. К 2030 году 10% электричества на планете будет производиться за счет солнечных батарей, производимых на базе технологии гетероструктур. Распространение светодиодов в приборах электроники будет еще более широким. Созданные «белые» светодиоды заменят бытовые лампы накаливания. Полупроводниковые лазеры, уже сейчас широко вошедшие в нашу повседневную жизнь, заменят в разных видах деятельности другие типы лазеров. В авиации полупроводниковая электроника найдет более широкое применение.

С одной стороны, можно говорить, что развитие микроэлектроники - это огромный технический прогресс, а с другой - не открыто никаких новых физических явлений, так как принципы работы полевого и биполярного транзисторов были открыты еще в конце 1940-х годов. Однако именно эти физические принципы стали основой всей современной микроэлектроники, а современная микроэлектроника изменила мир.

Таким образом, открытие транзистора привело к изменению социальной структуры населения сначала развитых стран, а затем постепенно и всех остальных. Именно открытие транзистора дает нам право говорить о наступлении постиндустриального времени, времени информационного общества.

Глава 3. МОДЕЛЬНЫЕ ПРЕДСТАВЛЕНИЯ ОБ

ЭЛЕКТРОПРОВОДНОСТИ.

КЛАССИФИКАЦИЯ ВЕЩЕСТВ ПО ПРОВОДИМОСТИ.

МОДЕЛИ КРИСТАЛЛИЧЕСКОЙ И ЭНЕРГЕТИЧЕСКОЙ

СТРУКТУР ПОЛУПРОВОДНИКОВЫХ КРИСТАЛЛОВ.

ЭЛЕКТРОНЫ В КРИСТАЛЛАХ

Твердые тела по электропроводности электрического тока исторически разделяются на три основных класса: металлы, диэлектрики (изоляторы) и полупроводники (табл. 3.1 и рис. 3.1). При комнатной температуре удельная электрическая проводимость составляет:

Значения удельной электропроводности твердых тел при комнатной температуре Металлы Полупроводники Диэлектрики Величина удельной электропроводности может быть определена из закона Ома в дифференциальной форме:

где j - вектор плотности электрического тока; E - вектор напряженности электрического поля.

Электрический ток - перенос электрических зарядов, поэтому величина проводимости определяет интенсивность этого процесса.

Чем больше число свободных зарядов, которые могут перемещаться под действием электрического поля, и чем большую среднюю скорость может сообщать им электрическое поле, тем выше должна быть величина электропроводности.

При увеличении температуры сопротивление металлов растет по линейному закону в широком диапазоне температур, а для полупроводников с ростом температуры сопротивление быстро уменьшается по экспоненциальному закону (рис. 3.1).

Рис. 3.1. Температурная зависимость сопротивления для металла (1) и полупроводника (2) Так как проводимость полупроводников зависит от температуры по экспоненциальному закону, то справедливо выражение где k 0 - постоянная Больцмана; Т - абсолютная температура; 0 значение электропроводности при некоторой температуре, задаваемой началом температурного интервала.

Используя выражение (3.2), можно определить величину энергии активации проводимости для полупроводников Eа.

Построение графика температурной зависимости проводимости ln = f (1 T ) дает прямую линию, тангенс угла наклона которой к оси абсцисс, умноженный на (- k 0 ), дает энергию активации проводимости (рис. 3.2).

Если температура низкая, то k0T E а. Это означает, что проводимость настолько малая величина, что данный полупроводник в этих условиях становится диэлектриком. Поэтому энергия активации проводимости представляет собой некоторую пороговую (критическую) величину для термической активации проводимости.

Рис. 3.2. Определение энергии активации проводимости по температурной зависимости электропроводности полупроводника По определению А.Ф.Иоффе, полупроводники - это вещества, электропроводность которых обусловлена переносом электронов и возрастает при повышении температуры. Электропроводность полупроводников изменяется в широких пределах в зависимости от подведенной к полупроводниковому кристаллу энергии. Энергию можно подвести не только в виде тепла, но и в виде светового излучения или облучения потоком быстрых частиц (электронов, частиц, нейтронов, -квантов и т.п.). Электропроводность полупроводников в большей степени, чем электропроводность металлов зависит также от действия внешнего давления, электрических и магнитных полей. При внешнем воздействии электропроводность полупроводников может изменяться на 6, 7 порядков. Такой чувствительностью к внешним воздействиям не обладают ни металлы, ни диэлектрики. Отметим еще одну отличительную особенность полупроводниковых материалов - возможность изменения электропроводности, создавая в кристалле дефекты структуры или вводя в кристаллическую решетку примесные атомы.

Одной из задач физики твердого тела является объяснение свойств макроскопических твердых тел на основе квантовой теории составляющих ее атомов. Строгий подход к решению этой задачи приводит к чрезвычайно сложным и практически неразрешимым математическим построениям. В связи с этим приходится ограничиться изучением таких свойств, для которых достаточно приближенной трактовки. В частности, многое дает знание электронного энергетического спектра твердых тел.

При рассмотрении энергетического спектра электронов в твердых телах обычно предполагается, что электроны и ядра можно рассматривать порознь, так как влияние движения ядер на электроны пренебрежимо мало. Это приближение является фундаментальным во всей электронной теории твердых тел. Очень труден учет взаимодействия электронов друг с другом. Поэтому чаще всего ограничиваются рассмотрением движения одного отдельного электрона в жесткой бесконечной периодической решетке. Ансамбль многих электронов в этом приближении считается системой невзаимодействующих частиц в периодическом потенциальном поле, занимающих состояния в соответствии со статистикой Ферми.

Электропроводность - это свойство переносить электрический ток, который представляет собой поток электронов, поэтому необходимо рассматривать поведение и свойства электронов в твердом теле. В отдельном атоме переходы между уровнями, на которых находятся электроны с разной энергией, происходят с выделением или поглощением определенной порции энергии. Если приблизить отдельные атомы друг к другу и таким образом получить твердое тело, то его свойства и поведение электронов в нем будут определяться уже иными законами, чем для изолированного атома.

В кристалле возникают силы взаимодействия между ядрами атомов, между электронами, принадлежащими разным атомам, и между всеми ядрами и всеми электронами, Под влиянием всех этих сил энергетические уровни электронов изменяются. Кроме того, надо учитывать возможное перекрытие электронных оболочек соседних атомов, поэтому электроны могут оказаться на уровне «чужого»

атома, причем такой переход не будет сопровождаться ни потерей, ни приобретением энергии. Электрон, таким образом, будет свободно перемещаться между атомами. Такой возможностью обладают только электроны внешних оболочек (прежде всего валентные электроны).

Обобществление электронов приводит к появлению на энергетической шкале вместо энергетических уровней целых энергетических зон. Ширина зоны зависит от степени связи электрона с ядром.

Чем больше эта связь, тем меньше расщепление уровня в зону. В изолированном атоме существуют запрещенные значения энергии, которыми не может обладать электрон. При возникновении твердого тела также возникают запрещенные значения энергии для электронов, но в данном случае это уже зоны запрещенных энергий.

Количественное решение задачи о спектре электронов в кристалле возможно при квантово-механическом подходе. Имея в виду положения квантовой механики о невозможности определения однозначной траектории для электрона, говорят о вероятностном поведении электрона путем задания некоторой функции - волновой функции электрона, которая будет характеризовать вероятность нахождения электрона в момент времени t в точке пространства, опиr сываемом радиусом-вектором r :

где n - частота, k - волновой вектор, определяемый как k = p h, где, в свою очередь p - импульс электрона, h - постоянная Планка; i - в данном случае комплексная единица (корень квадратный из минус единицы).

Квадрат амплитуды волновой функции характеризует вероятность нахождения электрона в данной точке пространства, опредеr ляемой радиусом-вектором r. Для определения поведения электрона при движении запишем уравнения Шредингера для частицы с одной степенью свободы (ось r ):

где (r ) - волновая функция электрона, V0 (r ) - потенциальная энергия электрона; Е - полная энергия системы, т.е. ядра и электроr на; r - радиус-вектор электрона. Задавая конкретный вид потенциальной энергии и квантово-механические граничные условия, можно получить конкретные выражения для волновой функции (r ).

Точное решение уравнения Шредингера для кристалла невозможно, так как в кристалле волновая функция зависит от огромного числа независимых переменных (количество атомов в кристалле примерно 51022 в одном кубическом сантиметре, и каждый атом содержит большое число электронов). Задачей теории является отыскание таких допущений, которые позволили ли бы найти приближенное решение уравнения Шредингера, сохранив его принципиальные черты, отличающие кристалл от отдельного изолированного атома.

Одно из таких приближений - адиабатическое (адиабатическим называется процесс, при котором не происходит обмена энергией с окружающей средой). Из-за большой массы ядер по сравнению с массой электрона можно считать ядра неподвижными, т.е. электроны будут приходить в равновесие практически безынерционно. Таким образом, можно считать движения ядер и электронов независимыми друг от друга, т.е. можно считать верным, что между подсистемами ядер и электронов не происходит обмена энергией. Как было указано выше, такое приближение называется адиабатическим.

В этом случае уравнение Шредингера разбивается на два, каждое из которых отдельно описывает движение электронов и движение ядер. Решение уравнения Шредингера в этом случае дает вид собственных функций и собственных значений, т.е. энергии системы Е:

В рамках адиабатического приближения количество переменных уменьшилось, однако оно остается достаточно большим. Следующим шагом к упрощению решения уравнения Шредингера является одноэлектронное приближение. Это приближение предполагает, что рассматривается движение только одного электрона, а все остальные электроны представляют собой некий эффективный заряд, определенным образом распределенный в пространстве. В поле этого эффективного заряда и будет рассмотрено движение одного электрона. Одноэлектронное приближение заменяет переменное во времени электрическое поле от всех электронов постоянным усr редненным полем W (r ). Тогда для частицы с одной степенью своr боды (ось r ) уравнение Шредингера будет таким:

Уравнения (3.5) и (3.7) различаются только описанием потенциальной энергии. В изолированном атоме, как известно, потенциальная функция имеет вид гиперболы (рис. 3.3). В кристалле, соответственно, будет чередование таких гипербол. Для решения уравнения Шредингера необходимо найти аналитическое выражение для такой функции.

Рис. 3.3. Потенциальная энергия электрона в изолированном атоме Решение такой задачи было предложено в 1931 г. Р.Кронигом и В.Пенни. Они аппроксимировали периодическое потенциальное поле кристалла рядом одинаковых чередующихся прямоугольных потенциальных барьеров (рис. 3.4).

Рис. 3.4. Аппроксимация потенциальной функции электрона в кристалле В этом приближении период кристаллической решетки с определяется как сумма ширины потенциального барьера b высотой U* и ширины потенциальной ямы а. Следуя Кронигу и Пенни, рассмотрим предельный случай этой задачи. Для этого будем уменьшать ширину барьера, устремляя ее к нулю, а высоту потенциального барьера будем увеличивать, устремляя ее к бесконечности. Произведение ширины барьера на его высоту будем считать величиной постоянной. Найдем выражение для прозрачности барьера P:

Рассмотрим некоторые следствия из формулы (3.8).

1. P - это случай сильной связи электронов со своими атомами (барьеры непрозрачны), т.е. ширина разрешенных зон будет уменьшаться, а величина запрещенных зон будет увеличиваться.

Это приближение соответствует изолированному атому, когда имеются энергетические уровни, а не энергетические зоны.

2. P 0 - это случай слабой связи электронов со своими атомами (барьеры прозрачны для электронов), т.е. вообще нет запрещенных зон; это приближение соответствует представлению о свободном электронном газе в кристалле, т.е. соответствует представлению об электронах в металле.

3. Величина P велика (P 1), но не обращается в бесконечность. Это промежуточный случай между очень сильной и очень слабой связью электронов со своими атомами. В этом случае и разрешенные, и запрещенные зоны имеют конечную величину.

Глава 4. ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЕ СОСТОЯНИЯ В КРИСТАЛЛАХ.

МОДЕЛЬ ЭНЕРГЕТИЧЕСКИХ ЗОН.

ПЕРИОДИЧЕСКОЕ ПОЛЕ КРИСТАЛЛА.

ЗОННАЯ СТРУКТУРА ОСНОВНЫХ

ПОЛУПРОВОДНИКОВЫХ МАТЕРИАЛОВ.

ЭФФЕКТИВНАЯ МАССА ЭЛЕКТРОНА.

ВИДЫ ХИМИЧЕСКОЙ СВЯЗИ В ТВЕРДЫХ ТЕЛАХ

Любой кристалл характеризуется периодичностью структуры.

Основным элементом кристаллической решетки является так называемая элементарная ячейка. В силу периодичности строения параллельным переносом элементарной ячейки можно исчерпать весь кристалл. Для обозначения кристаллографических направлений и плоскостей пользуются специальными индексами. Как правило, за центр системы координат принимают один из атомов элементарной ячейки (нагляднее всего это видно на примере кубической ячейки).

Любому кристаллографическому направлению и любой кристаллографической плоскости соответствует набор трех цифр, которые представляют собой значения проекции радиус-вектора на каждую координатную ось. Для удобства указывают не абсолютное значение координаты по отношению к какой-то произвольно выбранной начальной элементарной ячейке, а величины, кратные размеру ребра элементарной ячейки. Кристаллографические плоскости принято обозначать (hkl), а кристаллогрфические направления [hkl], где h, k, l - целые и простые числа. Эти числа называются индексами Миллера (рис. 4.1).

Рис. 4.1. Индексы Миллера и примеры обозначения некоторых плоскостей в кубической решетке Если какой-либо индекс Миллера не равен нулю, то это означает, что данная плоскость пересекает соответствующую координатную ось, а если индекс Миллера равен нулю, то данная плоскость параллельна данной координатной оси. В силу периодичности структуры кристалла можно ограничиться таким простым обозначением плоскостей и направлений, так как параллельный перенос каждой плоскости будет полностью идентичным параллельному переносу элементарной ячейки в новое место кристаллографической решетки.

Плоскость (100) соответствует всем плоскостям в решетке, которые параллельны оси x, а направление [100] соответствует нормали в плоскости (100). Многие полупроводниковые кристаллы обладают элементарной кубической ячейкой, например кремний, германий, соединения А3 В5, А2 В6 и др. Для кубической элементарной ячейки период по всем трем осям одинаков и равен с. При использовании понятия кубической элементарной ячейки и модели Кронига-Пенни (периодические прямоугольные барьеры по каждой координатной оси) решение уравнения Шредингера приводит к виду Величину в скобках в формуле (4.1) можно представить как квадрат длины некоторого вектора k.

Тогда выражение (4.1) изменится на Вспоминая, что энергия свободного электрона равна p 2 2m, можно отождествить произведение (hk ) c неким импульсом электронов. Эта величина носит название квазиимпульса электрона в кристалле. Далее, зная, что импульс равен произведению массы на скорость, и учитывая, что для свободных электронов верно соотношение получим окончательно т.е. k представляет собой квазиволновой вектор, показывающий, сколько длин волн укладывается на отрезке 2. Квазиволновой векr тор k для электрона в идеальном кристалле - аддитивная и сохраняющаяся во времени величина. В случае нарушения периодичности потенциального поля решетки (нарушения идеальности) происходит рассеяние частиц и квазиимпульс не сохраняется. Названия «квазиволновой вектор» и «квазиимпульс» указывают на известную аналогию рассматриваемой задачи и случая свободно движущегося электрона.

Решение уравнения Шредингера для идеального кристалла представляет собой плоскую волну, модулированную по амплитуде с периодичностью решетки кристалла.

Рассмотрим процесс образования твердого тела из изолированных атомов. Пока атомы изолированы, они имеют отдельные энергетические уровни, но по мере приближения атомов друг к другу взаимодействие между ними приводит к смещению, расщеплению энергетических уровней и даже к расширению их в зоны. Таким образом, образуется зонный энергетический спектр (см. рис. 4.1).

Рис. 4.2. Образование энергетических зон в кристалле Заметно расщепляются и расширяются лишь уровни внешних, валентных электронов, наиболее слабо связанных с ядром и имеющих наибольшую энергию. Уровни внутренних электронов не расщепляются совсем, либо расщепляются слабо. В твердых телах внутренние электроны ведут себя так же, как и в изолированных атомах, а валентные электроны обобществлены - принадлежат всему кристаллу.

На рис. 4.3 показана энергетическая зависимость энергии для свободного электрона (рис. 4.3а) и зонная структура полупроводников для одномерного случая, когда зависимость энергии от волнового вектора описывается параболой (рис. 4.3б).

Рис. 4.3. Зависимость энергии от волнового вектора для свободного электрона Поскольку электрон в кристалле может иметь не все значения энергии, то на кривой, соответствующей зависимости E(k), должны быть исключены участки, совпадающие с запрещенными зонами.

Нетрудно убедиться, что границы между запрещенными и разрешенными зонами лежат при значениях волнового вектора, равных ± n c. Области значений k, при которых энергия электронов изменяется непрерывно, а на границах претерпевает разрыв, называют зонами Бриллюэна. В силу периодичности и симметрии кристаллической структуры можно все зоны Бриллюэна привести к первой зоне. В трехмерном пространстве все зоны Бриллюэна также можно привести к первой. Для этого вводят понятие вектора обратной реr шетки b, физический смысл которого заключается в том, что если все атомы кристалла сместить на этот вектор, то кристалл совмесr тится сам с собой. Вектор b определяется формулой где m1, m2, m3 - положительные или отрицательные целые числа (не равные одновременно нулю), а b1, b2, b3 - единичные вектора обратной решетки, связанные с единичными векторами прямой решетки соотношениями:

VL VL VL

где VL - объем элементарной ячейки.

Волновая функция и энергия электрона в кристалле являются периодическими функциями от волнового вектора k с периодом 2b. Для подсчета числа состояний в зоне Бриллюэна необходимо учесть граничные условия при переходе от бесконечного идеального кристалла к реальному. Ограниченность реального кристалла обусловливает дискретность волнового вектора, а следовательно, и энергии. Полное число состояний в зоне Бриллюэна должно быть пропорционально полному числу атомов N в кристалле. Учитывая, что в соответствии с принципом Паули на каждом энергетическом уровне может находиться не более двух электронов, можно считать, что в каждом энергетическом состоянии с одинаковым значением волнового вектора находится не более двух электронов, т.е. на каждую зону Бриллюэна приходится 2N состояний.

Заметим, что реальные кристаллы всегда существенно больше элементарной ячейки, таким образом, число атомов N всегда велико. В этом случае дискретные состояния, задаваемые значением волнового вектора в зоне Бриллюэна, будут расположены тем ближе друг к другу, чем больше будет число N. Поэтому спектр состояний и закон дисперсии (зависимость энергии от волнового вектора) можно рассматривать как квазинепрерывный. Если рассматривать закон дисперсии E( k ) в трехмерном пространстве, то постоянство энергии в данном случае будет определять изоэнергетическую поверхность - поверхность с постоянной энергией. Ее форма зависит от спектра энергии электрона в кристалле и определяет многие свойства полупроводников.

Заполнение энергетических зон в кристалле различно. Только зона, образованная от валентных уровней, может оказаться в ряде случаев незаполненной. Эту зону называют валентной. Степень заполнения валентной зоны электронами зависит от химической природы атомов, из которых состоит кристалл, кристаллической структуры и т.п. Количество заполненных зон будет пропорционально половине количества электронов, приходящихся на один атом. Выше валентной зоны в кристалле имеется полностью свободная от электронов зона, которую называют зоной проводимости. Заполнение этой зоны связано с получением дополнительной энергии электронами валентной зоны, достаточной для преодоления энергетического барьера между этими зонами, который называется запрещенной зоной.

Рис. 4.4. Схематическое изображение зонной структуры Рассмотрим возможные случаи зонной структуры с учетом степени заполнения валентной зоны (рис. 4.4).

1. Валентная зона заполнена не полностью. В этом случае при приложении к кристаллу электрического поля начнутся переходы электронов между уровнями валентной зоны, причем процесс будет проходить беспрепятственно. Электропроводность такого материала не изменится при повышении температуры, т.е. этот кристалл металл (например, одновалентный натрий).

2. Валентная зона заполнена полностью, но она перекрылась с зоной проводимости, так что нет запрещенной зоны. В зоне проводимости существует много свободных энергетических уровней, которые могут заполняться электронами при приложении к кристаллу электрического напряжения. Процесс проходит беспрепятственно и не изменяется при повышении температуры. Такой тип кристаллов металлы (например, двухвалентный кальций).

3. Валентная зона заполнена полностью, а зона проводимости пуста. В зависимости от ширины запрещенной зоны можно различать полупроводники (ширина запрещенной зоны такова, что при изменении внешних условий можно передать электронам валентной зоны достаточно энергии для перехода в зону проводимости) и диэлектрики (условно принято считать диэлектриками вещества, ширина запрещенной зоны которых больше 2 эВ).

Как только часть электронов перешла в зону проводимости, в валентной зоне также возникают свободные энергетические уровни, поэтому за протекание электрического тока ответственны электроны и в зоне проводимости, и в валентной зоне. Движение электронов в данном случае отличается от движения электронов в вакууме, так как на них действует внутренне периодическое потенциальное поле кристалла.

Рассматривая движение электрона в кристалле, необходимо учитывать и принцип неопределенности, и невозможность полного описания всех действующих сил. Поэтому можно говорить только о средней скорости электрона.

тогда ускорение можно записать как где F - сумма всех сил, действующих на электрон. Итак, формула (4.9) аналогична второму закону Ньютона, если предположить, что знаменатель дроби имеет смысл массы электрона Величину (4.10) называют эффективной массой электрона. Ее введение позволяет учесть совместное действие на электрон периодического потенциального поля кристалла и внешней силы.

Следует помнить, что эффективная масса ничего общего не имеет с обычной массой, т.е. она не является мерой инерции и никак не связана с силами тяготения. Эффективная масса - всего лишь коэффициент пропорциональности в законе, который связывает внешнюю силу, действующую на электрон в кристалле, с его ускорением. Тем не менее введение понятия эффективной массы позволяет значительно упростить описание движения электрона в кристалле, вплоть до того, что удается свести это описание к законам классической механики.

Эффективная масса электрона у дна зоны проводимости положительна, а у потолка валентной зоны отрицательна. Для того чтобы избежать трудностей или путаницы при описании движения электрона с отрицательной эффективной массой, ввели понятие положительной дырки, движение которой в электрическом поле происходит в направлении, противоположном движению электрона.

Рассматривая движение электрона с отрицательной эффективной массой, т.е. дырки, замечаем, что при перемещении электрона на верхний свободный уровень валентной зоны освобождающийся энергетический уровень перемещается вглубь валентной зоны. Этот освобождающийся уровень отождествляют с дыркой.

В общем случае эффективная масса - величина тензорная. Это означает, что в зоне Бриллюэна эффективная масса различна для разных кристаллографических направлений вследствие анизотропии кристаллов. Хотя эффективные массы электрона и дырки и не связаны с истинной массой электрона, принято выражать их в долях истинной массы электрона для удобства восприятия. Для обозначения эффективной массы используют mn и m, подразумевая, что количественно эти величины являются результатом деления на массу покоя электрона, равную 9·10-31 кг.

В зависимости от структурных особенностей твердых тел принято различать:

• аморфные вещества, не имеющие какой-либо структуры;

• поликристаллические вещества, состоящие из отдельных гранул или малых областей. Каждая из них имеет четко выраженную структуру. Однако кристаллографическая ориентация каждой такой области или гранулы будет отличаться от соседней;

• монокристаллические вещества, атомы которых пространственно упорядочены и образуют трехмерную периодическую структуру - кристаллическую решетку.

При образовании монокристаллической структуры необходимо учитывать характер межатомных связей, которые возникают от сближения атомов. Различают ионную, металлическую и ковалентную связи.

При ионной связи электроны перемещаются от одних атомов к другим с образованием ионов. Эта связь самая слабая из перечисленных выше. Как правило, ионную связь имеют сплавы полупроводниковых материалов.

При металлической связи кристаллическая решетка из положительно заряженных ионов окружена «электронным газом». Этот вид связи сильнее ионной, но слабее ковалентной.

Наконец, так называемые элементарные полупроводники (кремний, германий) имеют ковалентную связь между атомами. В этом случае внешние, валентные электроны становятся общими для ближайших соседних атомов. В твердых телах с ковалентной связью образуются различные кристаллические решетки, вид которых определяется углами между направлениями различных ковалентных связей.

Глава 5. СТАТИСТИКА ЭЛЕКТРОНОВ И ДЫРОК В

ПОЛУПРОВОДНИКАХ.

УРОВНИ ФЕРМИ И ИХ ТЕМПЕРАТУРНАЯ

ЗАВИСИМОСТЬ.

ФУНКЦИИ РАСПРЕДЕЛЕНИЯ НОСИТЕЛЕЙ ЗАРЯДА,

ВЫЧИСЛЕНИЕ КОНЦЕНТРАЦИИ И ШИРИНЫ

ЗАПРЕЩЕННОЙ ЗОНЫ.

НЕВЫРОЖДЕННЫЕ, ВЫРОЖДЕННЫЕ И ПРИМЕСНЫЕ

ПОЛУПРОВОДНИКИ

Распределение электронов по энергетическим уровням в разрешенной зоне подчиняется принципу Паули (на каждом уровне может быть только два электрона с противоположными спинами).

Э.Ферми и П.Дирак применили идею В.Паули для электронов в атоме к любому коллективу электронов, находящемуся в термодинамическом равновесии. Используя эти представления для электронов в кристалле, можно утверждать, что в термодинамическом равновесии электроны при низкой температуре не занимают энергетических состояний с минимумом энергии как классические частицы, а распределяются по состояниям в соответствии с так называемой функцией распределения f (E,T ), определяющей вероятность того, что состояние с энергией E при температуре T занято электроном. Эта функция имеет вид где F - некоторый параметр этого распределения, называемый энергией Ферми, или уровнем Ферми.

Уровень Ферми - нормировочный параметр, характеризуемый числом электронов n в единице объема и плотностью энергетических состояний g (E ). Плотность энергетических состояний вычисляется как число состояний, приходящихся на единичный интервал изменения энергии. Величина энергии Ферми определяется из условия, что число заполненных состояний при всех энергиях должно быть равно полному количеству электронов, т.е.

Вид функции f (E ) представлен на рис. 5.1 для двух различных температур T1 T2.

Рис. 5.1. Вид функции распределения по состояниям Ферми-Дирака для различных температур (T = 0, T1 T2 ) Из анализа этого рисунка видно, что при энергии E = F функция f (E ) = 1/ 2, т.е. вероятность заполнения уровня Ферми составит 50%.

Соответственно, вероятность заполнения уровня Ферми будет больше 50% при E F и меньше 50% при E F. При температуре T = 0 энергия Ферми характеризует максимальную энергию частиц в системе. Уровни с энергиями E F при T = 0 не заполнены. Таким образом, энергию Ферми можно рассматривать как максимальную энергию частиц при T = 0.

В случае, когда выполняется соотношение E F k 0T, функцию распределения Ферми-Дирака можно приближенно заменить классической функцией Максвелла-Больцмана. Система электронов, для которой этот критерий выполняется и которая может приближенно быть охарактеризована функцией распределения Максвелла-Больцмана, называется невырожденной. В случае невозможности применения такого приближения система называется вырожденной и описывается функцией Ферми-Дирака (рис. 5.2).

Нижним пределом интегрирования в формуле (5.2) является минимально возможное значение энергии электрона, т.е. энергия, соответствующая дну зоны проводимости. Верхний предел интегрирования должен быть равен максимально возможному значению энергии электронов. Но так как при приближении к потолку зоны f(E) резко стремится к нулю, то в (5.2) в качестве верхнего предела интегрирования используется бесконечность.

Рис. 5.2. Экстраполяция функции распределения по состояниям Ферми-Дирака функцией Максвелла-Больцмана при энергиях E F k 0T Состояние электрона можно отождествить с тем объемом, который приходится на электрон при его отображении в фазовом пространстве. Известно, по соотношению Гайзенберга, что т.е. если известен один из сомножителей, то второй можно определить только с точностью h, что, в свою очередь, означает, что электрон как бы размазан в пространстве координат и импульсов по каждой из его координат на величину h.

Фазовой объем такого электрона будет равен Таким образом, задача определения g (E ) в формуле (5.2) сводится к нахождению элементарных фазовых объемов h 3, соответствующих энергетическому интервалу dE. Принимая во внимание, что а также то, что в интервале энергий dE все электроны расположены в шаровом слое между радиусами и d, объем вычисляется как а число состояний Учитывая формулы (5.5) и (5.4), а также проведя необходимые математические преобразования и подставляя полученные формулы в (5.2), получаем искомое выражение, связывающее концентрацию электронов в зоне проводимости с уровнем Ферми:

Введем безразмерные параметры - приведенный уровень Ферми и приведенную энергию электрона

E EC F EC

Тогда можно упростить написание формулы (5.8):

где интеграл F 1 () носит название интеграла Ферми половинного индекса, его значения приведены в специальных таблицах. Величина Nc представляет собой эффективное число состояний в зоне проводимости, приведенной к ее дну, т.е. к уровню E c. Иначе говоря, эта величина имеет смысл плотности возможных состояний в зоне проводимости при отсутствии вырождения электронного газа.

Для определения эффективного числа состояний дырок в валентной зоне в формуле (5.8) следует сделать следующие замены:

Тогда для эффективного числа состояний дырок в валентной зоне, приведенной к ее потолку, получаем следующую формулу:

Анализируя (5.8) и (5.11), приходим к выводу, что при сильном вырождении концентрация дырок становится большой и перестает зависеть от температуры, как и концентрация электронов в случае сильного вырождения в зоне проводимости.

В собственном полупроводнике справедливо соотношение т.е. несмотря на существование в полупроводнике свободных электронов, дырок, примесных ионов с зарядом различного знака, в целом кристалл остается незаряженным телом: количество отрицательно заряженных частиц равно количеству положительно заряженных частиц. Уравнение (5.12) называется уравнением нейтральности и описывает баланс заряженных частиц в полупроводнике.

Для собственной концентрации ni в невырожденном полупроводнике справедлива формула:

Концентрация электронов и дырок в собственном полупроводнике не зависит от положения уровня Ферми и растет с температурой по экспоненциальному закону с энергией активации, равной половине энергии, соответствующей ширине запрещенной зоны. Это понятно, если учесть, что энергия E g затрачивается на создание пары носителей (электрона и дырки), а на каждый из носителей в этой паре приходится энергия в два раза меньшая. Для определения положения уровня Ферми в запрещенной зоне собственного полупроводника необходимо решить уравнение электронейтральности (5.12). Произведя необходимые математические выкладки, получаем Из этого уравнения видно, что в собственном полупроводнике при T = 0 уровень Ферми находится посередине запрещенной зоны, а с ростом температуры движется к той зоне, в которой число эффективных состояний, а значит, и эффективная масса для плотности состояний меньше. Если ширина запрещенной зоны существенно больше k 0T (а это имеет место для подавляющего большинства полупроводников), то температурная зависимость ni (T ) определяется в основном экспоненциальным членом (5.13). Это справедливо потому, что величина NC NV изменяется с температурой всего лишь как T 3 2. В координатах ln Nc Nv = f (1 T ) зависимость (5.13) будет иметь вид прямой линии, отсекающей на оси ординат отрезок ln Nc Nv, имеющий тангенс угла наклона к оси абсцисс, равный E g 2k 0. Следовательно, из зависимости (5.13) может быть найдена ширина запрещенной зоны E g.

Для большинства полупроводников ширина запрещенной зоны уменьшается с температурой. Зависимость ширины запрещенной зоны от температуры в некотором интервале температур имеет линейный характер:

где E g 0 - экстраполированное по линейному закону значение ширины запрещенной зоны при T = 0 ; - линейный коэффициент зависимости ширины запрещенной зоны от температуры, отрицательный для большинства полупроводников.

Одним из следствий статистического распределения носителей заряда является выражение в котором приведены две эквивалентных записи ширины запрещенной зоны E g E. Соотношение (5.16) показывает, что при данной температуре произведение концентраций электронов и дырок в невырожденном полупроводнике есть величина постоянная и зависящая только от свойств полупроводника.

Введение донорных и акцепторных примесей в полупроводник изменяет концентрацию носителей заряда, а значит, и положение уровня Ферми. При анализе уравнения электронейтральности в примесном полупроводнике следует учесть не только положительный и отрицательный заряд, связанный с подвижными носителями заряда, но и положительный и отрицательный заряд, обусловленный ионизированными донорными и/или акцепторными атомами.

Тогда уравнение электронейтральности можно представить в виде В (5.17) можно заменить Na на na, а Nd на pd, чтобы показать концентрацию электронов, занимающих акцепторные состояния, и, соответственно, концентрацию дырок, занимающих донорные состояния. Обозначив концентрации неионизированных атомов примеси через nd и pa, уравнение электронейтральности можно переписать в другом виде:

Таким образом, для решения уравнения электронейтральности и нахождения уровня Ферми, а значит, и концентраций электронов и дырок в примесном полупроводнике требуется уметь находить концентрации электронов и дырок, занимающих примесные состояния.

Статистика примесных состояний должна отличаться от статистики состояний в разрешенных зонах энергии, так как для примесных состояний не применим принцип Паули. Действительно, по принципу Паули на каждом энергетическом уровне может находиться два электрона (или дырки) с противоположно направленными спинами, тогда как примесный уровень для однократно ионизируемой примеси может быть занят только одним электроном (или только одной дыркой). Принимая второй электрон (или вторую дырку), примесный уровень становится двукратно ионизированным, что приводит к изменению положения его энергетического уровня в запрещенной зоне. Поэтому функция распределения по состояниям Ферми-Дирака становится несправедливой для примесных состояний.

Для нахождения функции распределения по примесным состояниям следует учесть, что система электронов или дырок на примесных состояниях - это система с переменным числом частиц, т.е. необходимо учитывать некий параметр, называемый фактором вырождения g.

Обсудим его физический смысл. Примесный уровень может принять только один электрон (или дырку), но принятый электрон (или дырка) может иметь спин либо -1/2, либо +1/2. Таким образом, с учетом спинового вырождения примесное состояние оказывается двукратно вырожденным.

Тогда g -фактор для электронов на донорных состояниях или дырок на акцепторных состояниях должен быть равен двум. Многовалентные примесные центры при последовательной ионизации отдают или принимают электроны. При этом каждое зарядовое состояние вводит свой уровень в запрещенную зону. Эти центры имеют свои значения факторов вырождения.

Рассмотрим невырожденный полупроводник с одним типом примеси. В этом случае уравнение электронейтральности имеет наглядный физический смысл. Электроны в зоне проводимости появляются за счет собственной ионизации (одновременно в валентной зоне появляется равное количество дырок) и примесной ионизации (одновременно на донорных уровнях остается равная концентрация связанных дырок). Ясно, что при постепенном повышении температуры от нуля сначала будут преимущественно ионизироваться атомы примеси, а при более высоких температурах начнется собственная ионизация. Так как энергия активации донорной примеси много меньше ширины запрещенной зоны ( Ed E g ), то при низких температурах собственной ионизацией можно пренебречь. При очень низких температурах количество электронов в зоне проводимости мало по сравнению с NC.

В области термической ионизации энергия термической активации процесса ионизации равна E 2. Следовательно, уровень Ферми при низких температурах находится посередине интервала энергий E c и E d. Для определения положения уровня Ферми в этом случае справедлива формула Таким образом, уровень Ферми при T = 0 совпадает с серединой интервала между Ec и Ed, а с повышением температуры приближается к Ec, проходит через максимум и удаляется от Ec.

В интервале более высоких температур выполняется условие n = Nd. В этом случае концентрация электронов в зоне проводимости не будет зависеть от температуры и будет равна Nd, что соответствует области истощения донорной примеси. В этой области температурная зависимость уровня Ферми будет описываться формулой Таким образом, уровень Ферми с ростом температуры в области истощения донорной примеси удаляется от Ec. При высоких концентрациях примеси или высоких энергиях ионизации этот критерий будет выполняться только при очень высоких температурах.

С повышением концентрации доноров уровень Ферми располагается ближе к зоне проводимости, что объясняется ростом концентрации электронов и заполнения зоны проводимости. С повышением концентрации примеси область истощения начинается при более высоких температурах. Температурный интервал области истощения при этом будет уменьшаться, и при очень высоких концентрациях примеси он может не наблюдаться вовсе, так как область примесной ионизации будет непрерывно переходить в область собственной ионизации.

При очень больших концентрациях примеси ширина запрещенной зоны может уменьшаться, как это было показано экспериментально для целого ряда полупроводников. Все приведенные рассуждения относительно температурной зависимости концентрации и уровня Ферми в донорном полупроводнике можно применить для полупроводника с акцепторной примесью одного типа.

Рассмотренный выше случай полупроводника с одним типом донорной или акцепторной примеси весьма идеализирован по отношению к реальным полупроводникам. При совместном присутствии донорных и акцепторных примесей возникает явление компенсации примесей, изменяющее поведение полупроводника в области примесной электропроводности по сравнению со случаем присутствия только одного типа примеси. Может быть осуществлена либо полная, либо частичная компенсация. В случае полной компенсации термическая ионизация примесей будет невозможна. В таких полупроводниках концентрация электронов в зоне проводимости или дырок в валентной зоне может быть увеличена только за счет собственной ионизации.

Высокое удельное сопротивление полупроводника может свидетельствовать о полной примесной компенсации, а не подтверждать столь желаемую высокую степень очистки данного кристалла.

Что касается полупроводников с частичной компенсацией примесей, то частично донорно скомпенсированный полупроводник ведет себя как полупроводник с одним только донорным типом примеси, аналогичное высказывание справедливо и для частично акцепторно скомпенсированного полупроводника.

При анализе температурной зависимости уровня Ферми как в чисто донорном, так и в частично компенсированном полупроводнике мы рассматривали его как невырожденный полупроводник. Однако при повышении концентрации доноров в чисто донорном полупроводнике или эффективной их концентрации в частично скомпенсированном полупроводнике уровень Ферми тем ближе подходит ко дну зоны проводимости, чем больше концентрация доноров. Начиная с некоторой концентрации полупроводник становится вырожденным. Тогда при решении уравнения электронейтральности необходимо использовать уже не приближенные выражения, а точно интегралы Ферми.

Проделанные расчеты показывают, что уровень Ферми может даже переместиться в зону проводимости. Расчеты, проведенные с использованием известных формул для невырожденного полупроводника, показывают, что можно определить критическую концентрацию вырождения, при которой уровень Ферми совпадает с дном зоны проводимости, с точностью 20%. Критическая концентрация вырождения чувствительна к эффективной массе и энергии ионизации. Например, для mn = 0,3m и E g = 0,003 эВ получаем для критической концентрации вырождения величину, приблизительно равную 21019см-3.

Зависимость концентрации вырождения от эффективной массы носителей заряда можно качественно объяснить на основании следующих рассуждений. С повышением концентрации примеси растет концентрация свободных носителей заряда. Если эффективная масса для плотности состояний невелика, то мала и плотность состояний в зоне проводимости. Зона с малой плотностью состояний быстрее заполняется свободными электронами, и вырождение наступает при меньших концентрациях примесей. Для сильно вырожденного электронного газа концентрация электронов в зоне проводимости перестает зависеть от температуры. Расчет дает такие большие концентрации примесей, что теряет смысл введение самого понятия «энергетический уровень примесного состояния». В этих условиях следует говорить об образовании в зоне проводимости области значений энергии, для которой функция плотности состояний g (E ) отлична от нуля. Уменьшение энергии ионизации примесей и ширины запрещенной зоны при больших уровнях легирования было установлено экспериментально для большого числа полупроводников.

Глава 6. НЕРАВНОВЕСНЫЕ ПРОЦЕССЫ В

ПОЛУПРОВОДНИКАХ.

ХАРАКТЕРИСТИКИ НЕРАВНОВЕСНОГО СОСТОЯНИЯ.

ОСНОВНЫЕ МЕХАНИЗМЫ РЕКОМБИНАЦИИ.

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ЭНЕРГЕТИЧЕСКОГО ПОЛОЖЕНИЯ

РЕКОМБИНАЦИОННЫХ УРОВНЕЙ

Концентрация носителей называется равновесной, если полупроводник находится в состоянии термодинамического равновесия.

Равновесную концентрацию обычно обозначают n0 или p0. Распределение по состояниям равновесных электронов и дырок описывается функцией Ферми-Дирака f0 (E,T ), которую называют равновесной функцией распределения по состояниям. Энергия Ферми F является нормировочным параметром равновесной функции распределения f0 (E,T ) и определяется значением концентраций как электронов, так и дырок, т.е. характеризует всю систему электронов и дырок в целом.

Как известно, различные внешние воздействия (электрические и магнитные поля, облучение светом или частицами высоких энергий и т.п.) нарушают термодинамическое равновесие полупроводника. Однако при этом не обязательно изменяется равновесная концентрация носителей заряда. Например, при протекании не слишком большого электрического тока через однородный полупроводник концентрация носителей заряда в нем не изменяется по сравнению с равновесной величиной. При этом заметное отличие от равновесного случая будет испытывать распределение носителей заряда по энергиям. Если n и p - обозначения неравновесных электронов и дырок, то n и p, где являются избыточными концентрациями электронов и дырок.

Процесс, приводящий к появлению избыточных носителей тока, называется процессом генерации, а обратный процесс, приводящий к исчезновению пары свободных электрона и дырки, - процессом рекомбинации носителей заряда.

В процессе генерации для создания свободных носителей должна быть затрачена энергия. Например, для генерации электронно-дырочной пары должна быть затрачена энергия не меньше ширины запрещенной зоны. В обратном процессе - рекомбинации должна выделяться энергия, величина которой также должна быть не меньше ширины запрещенной зоны.

При отсутствии внешних воздействий термодинамическое равновесие в кристалле поддерживается кинетическим равновесием процессов генерации и рекомбинации. Всякое внешнее воздействие заставляет систему свободных носителей возвращаться к термодинамическому равновесию через обратный процесс. Равновесные концентрации электронов и дырок ( n0 и p0 ) вполне однозначно определяются заданием энергии Ферми F в полупроводнике.

Для характеристики неравновесных концентраций У.Шокли предложил использовать некоторый эффективный параметр, названный квазиуровнем Ферми. Оказалось, что и для случая n 0, p 0, и для случая n 0, p 0 справедливо выражение Чем сильнее неравенство np ni2, тем больше расщепление квазиуровней Ферми для электронов и дырок. Таким образом, расщепление квазиуровней Ферми наряду с отношением np ni2 выступает как мера отклонения системы от состояния равновесия. При np ni2 1 говорят о высоком уровне инжекции, а при np ni - о низком уровне инжекции. В полупроводнике с низким уровнем инжекции отклонение от равновесного состояния мало, так что можно пользоваться приближением Fn Fp F, т.е. использовать общий уровень Ферми и для электронов, и для дырок.

Непосредственно после процесса генерации энергии неравновесных электронов и дырок в зоне проводимости и валентной зоне могут сильно превосходить равновесные тепловые энергии свободных носителей в этих зонах. Такие «горячие» неравновесные носители должны быстро рассеивать свою избыточную энергию в столкновениях с дефектами решетки во взаимодействии с ее тепловыми колебаниями. Большую часть времени своего существования в разрешенных зонах избыточные носители проводят в состоянии, когда их средняя энергия соответствует средней тепловой энергии решетки кристалла и, значит, их распределение по энергиям соответствует некоторому равновесному распределению. Это новое равновесное распределение должно характеризоваться другим значением энергии Ферми, отличным от исходного равновесного, т.е. квазиуровнем Ферми, так как концентрация этих носителей остается неравновесной.



Pages:   || 2 | 3 | 4 |
 
Похожие работы:

«Министерство образования Российской Федерации Дальневосточный государственный технический университет им. В.В. Куйбышева НАСОСЫ И ТЯГОДУТЬЕВЫЕ МАШИНЫ ТЕПЛОВЫХ ЭЛЕКТРОСТАНЦИЙ Учебное пособие Владивосток 2002 BOOKS.PROEKTANT.ORG БИБЛИОТЕКА ЭЛЕКТРОННЫХ КОПИЙ КНИГ для проектировщиков УДК 621.184.85 и технических специалистов С47 Слесаренко В.В. Насосы и тягодутьевые машины тепловых электростанций: Учебное пособие. - Владивосток: Издательство ДВГТУ, 2002. - с. Учебное пособие предназначено для...»

«Пилипенко Н.В., Сиваков И.А. Энергосбережение и повышение энергетической эффективности инженерных систем и сетей Учебное пособие Санкт-Петербург 2013 МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКИЙ НАЦИОНАЛЬНЫЙ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ ИНФОРМАЦИОННЫХ ТЕХНОЛОГИЙ, МЕХАНИКИ И ОПТИКИ Пилипенко Н.В., Сиваков И.А. Энергосбережение и повышение энергетической эффективности инженерных систем и сетей Учебное пособие Санкт-Петербург Пилипенко Н.В., Сиваков И.А....»

«ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ ТЮМЕНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ АРХИТЕКТУРНО-СТРОИТЕЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ Кафедра Безопасность жизнедеятельности МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ к выполнению контрольной работы по дисциплине Безопасность жизнедеятельности (раздел Охрана труда) для студентов специальностей: 290300 Промышленное и гражданское строительство, 270112 Водоснабжение и водоотведение, 140104 Промышленная теплоэнергетика, форма обучения – заочная Тюмень-2006 Баранцев П.Г., Монахова З.Н., Медведев А.В....»

«Министерство образования и науки Российской Федерации Федеральное агентство по образованию ГОУВПО Амурский государственный университет УТВЕРЖДАЮ Зав. кафедрой энергетики _ Н.В.Савина 2007 г. Г.В. Судаков, Т.Ю. Ильченко, Н.С. Бодруг УЧЕБНО-МЕТОДИЧЕСКИЙ КОМПЛЕКС ПО ДИСЦИПЛИНЕ ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЕ Учебное пособие Благовещенск, 2007 Печатается по разрешению редакционно-издательского совета энергетического факультета Амурского государственного университета Г.В. Судаков, Т.Ю. Ильченко, Н.С. Бодруг...»

«Министерство образования и науки Российской Федерации Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования Ивановский государственный энергетический университет имени В.И. Ленина О.Е. Богородская ИСТОРИЯ РОССИИ с древнейших времен до 1917 года Учебно-методическое пособие для иностранных студентов, обучающихся в ИГЭУ Иваново 2012 УДК 94 Б 74 Богородская О.Е. История России с древнейших времен до 1917 года: Учеб.-метод. пособие для иностранных...»

«Министерство науки и образования Российской Федерации Уральский государственный университет им.А.М.Горького А.Н.Петров, ТВЕРДЫЕ МАТЕРИАЛЫ. ХИМИЯ ДЕФЕКТОВ. СТРУКТУРА И СВОЙСТВА ТВЕРДЫХ ТЕЛ. Учебное пособие Екатеринбург 2008 ОГЛАВЛЕНИЕ ОГЛАВЛЕНИЕ ВВЕДЕНИЕ ГЛАВА 1. ИДЕАЛЬНЫЕ КРИСТАЛЛЫ. МОДЕЛЬНЫЕ ПРЕДСТАВЛЕНИЯ.7 1.1. Классификация твердых тел [1-5]. 1.1.1. Энергетическое обоснование различных агрегатных состояний вещества.7 1.1.2. Классификация твердых тел по структурному состоянию. 1.1.3....»

«МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ СЫКТЫВКАРСКИЙ ЛЕСНОЙ ИНСТИТУТ (ФИЛИАЛ) ФЕДЕРАЛЬНОГО ГОСУДАРСТВЕННОГО БЮДЖЕТНОГО ОБРАЗОВАТЕЛЬНОГО УЧРЕЖДЕНИЯ ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ЛЕСОТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ ИМЕНИ С. М. КИРОВА Кафедра менеджмента и маркетинга А. С. Большаков ОРГАНИЗАЦИЯ ЛЕСОПОЛЬЗОВАНИЯ Учебное пособие Утверждено учебно-методическим советом Сыктывкарского лесного института в качестве учебного пособия для студентов...»

«ОСНОВЫ ЭНЕРГОСБЕРЕЖЕНИЯ И ЭНЕРГОАУДИТА В.М. ФОКИН ОСНОВЫ ЭНЕРГОСБЕРЕЖЕНИЯ И ЭНЕРГОАУДИТА МОСКВА ИЗДАТЕЛЬСТВО МАШИНОСТРОЕНИЕ-1 2006 В.М. ФОКИН ОСНОВЫ ЭНЕРГОСБЕРЕЖЕНИЯ И ЭНЕРГОАУДИТА МОСКВА ИЗДАТЕЛЬСТВО МАШИНОСТРОЕНИЕ-1 УДК 621:006.354; 621.004:002:006. ББК 31. Ф Рецензент Заслуженный деятель науки и техники РФ, доктор технических наук, профессор Геральд Павлович Бойков Фокин В.М. Ф75 Основы энергосбережения и энергоаудита. М.: Издательство Машиностроение-1, 2006. 256 с. Представлены основные...»

«ОТКРЫТОЕ АКЦИОНЕРНОЕ ОБЩЕСТВО ФЕДЕРАЛЬНАЯ СЕТЕВАЯ КОМПАНИЯ ЕДИНОЙ ЭНЕРГЕТИЧЕСКОЙ СИСТЕМЫ СТАНДАРТ ОРГАНИЗАЦИИ СТО 56947007ОАО ФСК ЕЭС МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ по обеспечению электромагнитной совместимости на объектах электросетевого хозяйства Стандарт организации Дата введения: 21.04.2010 ОАО ФСК ЕЭС 2010 Предисловие Цели и принципы стандартизации в Российской Федерации установлены Федеральным законом от 27 декабря 2002 г. № 184-ФЗ О техническом регулировании, объекты стандартизации и общие...»






 
© 2013 www.diss.seluk.ru - «Бесплатная электронная библиотека - Авторефераты, Диссертации, Монографии, Методички, учебные программы»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.