Несимметричный p-n переход.

[tohaf]

Никак не могу понять. Зачем нужен несимметричный pn переход.
Зачем и почему в диодах специально одну из областей легируют большим количеством примесей, чтобы сместить область ОПЗ в одну сторону.
Если пойму это - станет понятно тогда, зачем и почему у биполярного транзистора площадь коллектора делают больше, чем площадь эмиттера и почему он является несимметричным элементом.

[amon]

tohaf в сообщении #1226905 писал(а):

Зачем и почему в диодах специально одну из областей легируют большим количеством примесей, чтобы сместить область ОПЗ в одну сторону.

На пальцах это объяснить я не берусь, тут дьявол в деталях. Неспроста Бардин за теорию биполярного транзистора получил Нобелевскую премию. Качественно дело в том, что кроме тока увлечения есть диффузионный ток. При диффузии носителей против поля область рекомбинации сжимается в узенькую полосочку, с одной стороны которой основные, а с другой - неосновные носители, и, управляя концентрациями носителей можно перемещать её по образцу. Подробности можно посмотреть у Бонч-Бруевича с Калашниковым в Физике полупроводников. Там в конце параграфа 1 главы 8 написано, что формулы применимы только для малых уровней инжекции, но и для больших уровней все останется почти также.

[tohaf]

Спасибо.
А еще - я правильно понимаю, что физику твердого тела без квантовой механики нельзя понять?

[amon]

Ой... Вы так уверено и по-делу задали вопрос, что я решил, что Вы учитесь в университете или работаете по соответствующей специальности, поэтому отослал Вас к достаточно серьёзной книжке.
Ответ на Ваш вопрос - без квантовой механики ФТТ не понять, поскольку ФТТ, по сути, раздел квантовой механики, но для того, чтобы, например, спроектировать процессор на уровне его архитектуры, всего этого можно не знать.

[tohaf]

Я и учусь, на вечерке, конструирование и технология электронных средств. Квантмех у нас и не затрагивали, к сожалению.

[amon]

tohaf,
Популяризатор из меня хреновый, но попробую ответить на Ваши вопросы без формул. Как в общих чертах устроен p-n переход Вы наверняка знаете. Там на границе областей с разным легированием возникает электрическое поле, отталкивающее основные носители от перехода. Пусть мы приложили прямое напряжение, которое скомпенсировало это поле ("распрямили" p-n переход). Тогда в области перехода поле почти нулевое, и "двигать" носители оно почти не в состоянии, то есть если бы, как в металлах, ток определялся бы дрейфом носителей в поле, то тока бы не было. Однако, в этом случае у нас будет большая концентрация, скажем, дырок в p-области и малая в n-области. Поэтому возникнет диффузия носителей из области с большой концентрацией в область с малой. Т.е. через переход навстречу друг другу начнут диффундировать электроны и дырки. Где-то они встретятся и прорекомбинируют. Место их встречи можно регулировать, меняя концентрацию примесей, и тем самым управлять распределением заряда вблизи p-n перехода.

Теперь о биполярном транзисторе. Он представляет собой два p-n перехода, включенных навстречу. К первому (эмиттерному) переходу приложено прямое напряжение. Как мы выяснили, открытие этого перехода приведет к диффузии неосновных носителей в базу. Если база короткая и слабо легированная, а эмиттер пролегировали - мама не горюй, то неосновные носители просвистят через базу до коллекторного перехода, причем не за счет тянущего поля, а просто за счет диффузии. Коллекторный переход включен в обратном направлении по отношению к базе, но до него додиффундировали неосновные носители, для который электрическое поле в p-n переходе тянущее, т.е. оно наоборот толкает носители в коллектор. В результате через транзистор потечет ток, который мы можем регулировать, изменяя напряжение на эмиттерном переходе и регулируя тем самым поток диффундирующих из эмиттера в базу носителей.

Коллектор обычно слабо легирован во-первых, потому, что так проще, а во-вторых, потому, что сильно легированный материал легче пробивается. Поэтому удельное сопротивление коллектора больше, чем эмиттера (вдалеке от p-n перехода течет обычный дрейфовый ток как в металле, поскольку там нет градиента концентрации носителей). Что бы уравнять полные сопротивления коллектор делают больше по площади, уменьшая тем самым его полное сопротивление.

[Munin]

tohaf в сообщении #1227062 писал(а):

А еще - я правильно понимаю, что физику твердого тела без квантовой механики нельзя понять?

В принципе нет, но очень хорошая попытка сделана в книге
Зильберман. Электричество и магнетизм.

Там даже на обложке поверхность Ферми для меди, кажется, изображена.

[tohaf]

(Оффтоп)

Munin в сообщении #1227786 писал(а):

tohaf в сообщении #1227062 писал(а):

А еще - я правильно понимаю, что физику твердого тела без квантовой механики нельзя понять?

В принципе нет, но очень хорошая попытка сделана в книге
Зильберман. Электричество и магнетизм.

Там даже на обложке поверхность Ферми для меди, кажется, изображена.

Вот это неправда?

Упаси, Господи, от этого учебника!
Г.Е. Зильберман в этом учебнике умудрился опровергнуть 3-й закон Ньютона и одновременно попытался спасти закон сохранения импульса приписав потерянный импульс импульсу электромагнитного поля. Этот ужастик можно найти в параграфе 87.
P.S. В другом учебнике (там у него есть соавтор, Г.А. Зисман, О.М. Тодес. Курс общей физики. Том II), в параграфе 39, он нашел наличие магнитного взаимодействия между двумя покоящимися зарядами, а для объяснения того, что он натворил, опроверг векторный характер электрического и магнитного полей. И вознес хвалу Эйнштейну, мол, это все благодаря ему.

[amon]

tohaf в сообщении #1228961 писал(а):

Г.Е. Зильберман в этом учебнике умудрился опровергнуть 3-й закон Ньютона и одновременно попытался спасти закон сохранения импульса приписав потерянный импульс импульсу электромагнитного поля. Этот ужастик можно найти в параграфе 87.

А тут Зильберман прав. Вообще, это, конечно, странный учебник. В нем все, что я посмотрел, написано верно, но объяснений ряда утверждений нет, поскольку они выходят за рамки, очерченные автором. Так обстоят дела и с III законом Ньютона. Утверждение, что сила Лоренца его "нарушает" верное. Словесное объяснение тоже правильное, но что бы его подтвердить формулами, надо выйти за рамки школьной физики. Поэтому оно "повисло". Подробно это можно посмотреть у Тамма в "Основах теории электричества", параграфы 43 и 105 по изданию 2003 года. Просто, про это в школе (да и в большинстве университетов) предпочитают не рассказывать - "все равно не поймут, а каша в голове останется, а для замкнутых токов III закон верен в обычном смысле."

[Cos(x-pi/2)]

tohaf

(Оффтоп)

tohaf в сообщении #1228961 писал(а):

Вот это неправда?

Неправда; какой-то неуч, не сумевший понять учебников, написал "на торрентах" свой глупый комментарий, а Вы сюда его притащили. (Кстати, учебник Зильбермана и многие другие хорошие учебники Вы можете без заморочек свободно брать вот в этой библиотеке )

[Munin]

amon в сообщении #1228982 писал(а):

Вообще, это, конечно, странный учебник. В нем все, что я посмотрел, написано верно, но объяснений ряда утверждений нет, поскольку они выходят за рамки, очерченные автором.

Ну что поделать, если нацелен на школьников? (Или ПТУ-шников? Для кого он там писал...)

amon в сообщении #1228982 писал(а):

Просто, про это в школе (да и в большинстве университетов) предпочитают не рассказывать - "все равно не поймут, а каша в голове останется, а для замкнутых токов III закон верен в обычном смысле."

Мне как раз Зильберман сильно помог с разгребанием каши в голове, которая возникала от стандартного школьного курса.

Конечно, он в чём-то послабее того же ФЛФ/Парселла, но на своём месте - выдающийся учебник.

-- 23.06.2017 21:51:08 --

Cos(x-pi/2) в сообщении #1228991 писал(а):

(Кстати, учебник Зильбермана и многие другие хорошие учебники Вы можете без заморочек свободно брать вот в этой библиотеке)

И вот в этой: http://gen.lib.rus.ec/

-- 23.06.2017 21:53:03 --

amon, Cos(x-pi/2)
Как приятно слышать от вас добрые слова в адрес книги Зильбермана - вы не представляете! Как бальзам на сердце! :-)

[amon]

(О Зильбермане)

Я эту книжку открыл для себя с подачи уважаемого Munin'а. Книжка, вне всякого сомнения, резко отличающаяся от всего, что я видел до этого на школьном уровне. Ляпов, которыми кишат обычные школьные учебники я там пока не нашел ни одного. Она написана честно, и не обходит острых углов. Однако мне не понятно, смог бы я в свои школьные годы ее осилить. Слишком она плотно упакована, причем часто в слова, а не в формулы, а мне с формулами как-то всегда проще было.

[svv]

tohaf в сообщении #1228961 писал(а):

а для объяснения того, что он натворил, опроверг векторный характер электрического и магнитного полей

Электрическое и магнитное поле ведут себя как векторы при пространственных поворотах (а также сдвигах, но это тривиально). Исходя из векторного анализа в $\mathbb R^3$, невозможно сказать априори, как скажется на компонентах векторов переход в систему отсчёта, движущуюся относительно исходной. Оказывается, что при переходе к движущейся СО объекты, которые при пространственных поворотах вели себя одинаково (например, вектор скорости и вектор электрического поля), преобразуются качественно различным образом. С точки зрения нерелятивистской теории и скорость, и электрическое поле при больших скоростях преобразуются, мягко говоря, необычно. Но для преобразования скорости, по крайней мере, достаточно знания самого этого вектора (и потому авторы всё-таки называют скорость вектором). Для преобразования же электрического поля необходимо и знание магнитного, и наоборот. Иначе говоря, более общие преобразования систем отсчёта обнаруживают, что $\mathbf E$ и $\mathbf H$ — две составляющие некоего единства. Понятно, что с точки зрения таких преобразований $\mathbf E$ и $\mathbf H$ (а также тот объект за кадром, сторонами которого они являются) трудно назвать векторами.

Я не понял, какое отношение имеет к Зильберману «Курс общей физики, том II» Зисмана и Тодеса.

[Munin]

amon в сообщении #1229023 писал(а):

Однако мне не понятно, смог бы я в свои школьные годы ее осилить.

Скажем так. Насколько я помню свои ощущения, я её освоил в своё время не всю, а - несколько начальных глав сплошняком, а остальные - читал точечно, увлечённо, мало что понимая, но заражаясь интересом. По-моему, это именно тот эффект, который должна производить хорошая научно-популярная книжка.