Електропровідність напівпровідників

Зміст

 

1. Вступ............................................................................................................ 3-5

2. Розділ 1. Фізичні основи роботи напівпровідникових приладів.

3. 1.1Електропровідність напівпровідників................................................. 6-8

4. 1.2 Електронно дірковий перехід............................................................. 8-9

5. 1.3Електричний струм через р-п перехід............................................... 9-10

6. 1.4Підключення р-п переходу до зовнішнього джерела струму........ 10-11

7. 1.5 Вольт - амперна характеристика р - п переходу............................... 11-13

8. Розділ 2. Напівпровідникові прилади та їх стисла характеристика.

9. 2.1 Класифікація напівпровідникових приладів...................................... 14

10. 2.2 Напівпровідникові резистори.............................................................. 14-15

11. 2.3 Напівпровідникові діоди...................................................................... 15-19

12. 2.4 Біполярні транзистори......................................................................... 19-30

13. 2.5 Уніполярні (польові) транзистори...................................................... 30-36

14. 2.6 Тиристори.............................................................................................. 36-42

15. 2.7 Газорозрядні прилади та фотоелементи...................................... 43-57

16. Розділ 3. Основи мікроелектроніки.

17. 3.1 Інтегральні мікросхеми. Класифікація та основні поняття.............. 58-59

18. 3.2 Конструкції мікросхем......................................................................... 59-61

19. 3.3 Напівпровідникові ІМС........................................................................ 61-67

20. 3.4 Гібридні ІМС. Технологія виготовлення гібридних ІМС................ 67-70

21. 3.5 Призначення і параметри ІМС............................................................. 70-73

22. Розділ 4. Функціональна мікроелектроніка.

23. 4.1 Оптоелектроніка.................................................................................... 74-75

24. 4.2 Акустоелектроніка.................................................................................... 76-77

25. 4.3 Магнетоелектроніка................................................................................ 78-79

26.4.4 Криоелектроніка.............................................................................. 79-80

27.4.5 Хемотроніка..................................................................................... 80-81

28.4.6 Біоелектроніка................................................................................... 82

 

Вступ

 

Роль електроніки в народному господарстві

 

Електроніка як наука займається вивченням електронних явищ і процесів, зв'язаних зі зміною концентрації і переміщенням заряджених часток у різних середовищах (у вакуумі, газах, рідинах, твердих тілах) і умовах (при різній температурі, під впливом електричних і магнітних полів).

Мета електроніки як галузі техніки — розробка, виробництво й експлуатація електронних приладів і пристроїв.

Сучасні технічні засоби електроніки широко використовуються у всіх галузях народного господарства.

Ефективність електронної апаратури обумовлена високою швидкодією, точністю і чутливістю вхідних у неї елементів, найважливішими з який є електронні прилади. За допомогою цих приладів можна просто, з високим к. к. д. перетво-рювати електричну енергію за формою, величиною і частотою струму чи напруги. Такий процес перетворення енергії здійснюється в багатьох схемах електронної апаратури (випрямлячах, підсилювачах, генераторах).

Крім того, за допомогою електронних приладів можна перетворювати неелектричну енергію в електричну і навпаки (наприклад, у фотоелементах, терморезисторах).

Різноманітні електронні датчики і вимірювальні прилади дозволяють з високою точністю вимірювати, реєструвати і регулювати зміни неелектричних величин — температури, тиску, пружних деформацій і т.д.

Процеси перетворення енергії в приладах електроніки відбуваються з великою швидкістю. Це обумовлено малою інерційністю електронних приладів, що дозволяє застосовувати їх у широкому діапазоні частот При цьому досягається висока чутливість, що не може бути отримана в інших приладах Так, електронними вимірювальними приладами можна вимірювати струми порядку 10 А і напругу 10 В.

Електронні прилади легко виявляють дрібні, зовсім недоступні для механічних вимірювальних інструментів, неточності у виготовленні виробів аж до розмірів у 1 мкм.

Електронний мікроскоп, що збільшує в мільйони разів, відкрив перед людиною можливість глибоко проникнути у світ атома, а спеціальні електронні пристрої радіоастрономії дозволяють людині проникнути в таємниці Всесвіту.

Велике, значення електроніки й у біології, де за допомогою електронної апаратури вивчаються процеси вищої нервової діяльності людини, процеси мислення, вивчаються проблеми спадковості, генетичного коду й ін.

Електронні прилади знаходять широке застосування й у хімії.

Найтонший хімічний аналіз речовини може бути, пророблений за допомогою технічних засобів електроніки протягом декількох секунд.

Застосування автоматичних систем програмного керування верстатами, лініями і навіть цілими заводами значно підвищує продуктивність праці і забезпечує підвищення якості продукції, економію матеріалів і енергії.

Здатність людини мислити і діяти не може бути цілком замінена ніякими машинами. Проте багато процесів протікають настільки швидко, залежать від настільки великого числа різноманітних факторів, що людина, керуючи ними, має потребу в численних засобах, що допомогли б їй підвищити чутливість і швидкість реагування на явища, що відбуваються. Таку допомогу людині роблять різноманітні пристрої електронної автоматики і, у першу чергу, ЕОМ.

 

Історія розвитку електроніки

Становлення і розвиток електроніки стало можливим завдяки наполегливим зусиллям багатьох учених-фізиків. Ще в древній Греції Фалес із Мілета вперше виявив, що янтар, потертий об… В 1891 р. англійський фізик Дж. Стоні, спираючись на дослідження Фарадея, Максвелла і багатьох інших учених, ввів у…

РОЗДІЛ 1

ФІЗИЧНІ ОСНОВИ РОБОТИ НАПІВПРОВІДНИКОВИХ ПРИЛАДІВ

 

Електропровідність напівпровідників

Напівпровідниками називаються матеріли, що за­ймають проміжне положення між провідниками й діелектриками. Особ­ливість металевих провідників полягає… На відміну від провідників напівпровідникам характерна не тіль­ки електронна,… Хімічний зв'язок двох сусідніх атомів з утворенням на одній ор­біті спільної пари електронів (Мал.1.1, а) називають…

Електронно дірковий перехід

Область на границі двох напівпровідників з різними типами електропровідності називається електронно - дірковим переходом, або р-п переходом. Явища, які відбуваються, в р-п переході лежать в основі роботи більшості… Візьмемо пластину кремнію, одна частина якої має електронну провідність (n-типу), а друга - діркову (р-типу), як…

Електричний струм черезр-пперехід.

Через р-п перехід проходить незначна кількість головних носіїв заряду, які мають енергію достатню для подолання потенціального бар'єру.

Ці заряди створюють електронну (І_нд) і діркову (І_рд) складові дифузійного струму.

Крім того через р-п перехід без перешкод проходять неголовні носії заряду – дірки з n-області і електрони із р-області. Для них електричне поле р-п переходу являється прискорюючим.

Ці неголовні заряди створюють відповідно електронну (І_пе) і діркову (І_ре) складові дрейфового струму. Дифузійні і дрейфові заряди направлені протилежно, тому струмі через р-п перехід

І_пд - І_пе+ І_рд - І_ре = 0

Підключенняр-ппереходу до зовнішнього джерела струму

При прямому включенні р-п переходу (мал.1.5) область п-типу приєднують до негативного полюсу джерела струму, а область р-типу - до позитивного. Тобто електричне поле, яке створює зовнішня напруга в р-п переході, буде…  

Вольт - амперна характеристикар- ппереходу

Вольт-амперна характеристика показує залежність струму струм через р-п перехід від величини і полярності прикладеної напруги. Цю залежність…   (1.5)

ЗАПИТАННЯ ДЛЯ САМОПЕРЕВІРКИ

1. Поясніть, що таке напівпровідники (чисті і домішкові)?

2. Що таке р-п перехід?

3. Що таке пряме і зворотнє вмикання р-п переходу? Поясніть поведінку р-п

переходу при прямому і зворотньому вмиканні.

4. Що таке ВАХ і який вигляд вона має у р-п переході?

5. Вкажіть властивості р-п переходу, які використовують при побудові

напівпровідникових електронних приладів.

РОЗДІЛ 2

НАПІВПРОВІДНИКОВІ ПРИЛАДИ ТА ЇХ СТИСЛА

ХАРАКТЕРИСТИКА

 

Класифікація напівпровідникових приладів

 

НП прилади поділяються на такі групи:

- НП резистори;

- НП діоди;

- біполярні транзистори;

-уніполярні (польові) транзистори;
- тиристори.

Напівпровідникові резистори

У лінійних резисторів питомий електричний опір не залежить від при­кладеної напруги, їх умовне позначення наведене на мал. 2.1,а. Вони…  

Напівпровідникові діоди

Напівпровідникові діоди - це НП прилади, виготовлені на основі дво­шарових НП структур і які використовують властивості р-п переходу. Широко розповсюджені випрямні діоди, дія яких базується на викорис­танні… Структура та умовне позначення діода, а також ΒΑΧ потужного ви­прямного діода наведені на мал. 2.3.

Біполярні транзистори

 

Будова транзистора

Фізичні, процеси, що відбуваються в транзисторах обох типів, ана­логічні; різниця між ними полягає в тому, що полярності ввімкнення джерел живлення…   струм утворюється в основному електронами, то у транзисторі р — п — р – типу — дірками. Суміжні ділянки, відокремлені…

Принцип дії біполярних транзисторів

В умовах роботи транзистора до лівого р — п— переходу прикла­дається напруга емітер — база Uе–б у прямому напрямку, а до пра­вого р — п – переходу —… У базі незначна частина носіїв зарядів, що перейшли з емітера, рекомбінує з…  

Характеристики БТ

Характеристиками транзисторів називаються залежності між си­лами струмів і напругами у вхідному й вихідному колах. У різних схемах приєднання… Так, для схеми зі спільним емітером (СЕ) вхідним колом є базове коло і вхідна… Вихідним колом для цієї схеми є коло колектора і вихідною характеристикою буде залеж­ність сили колекторного струму…

Біполярний транзистор як активний чотириполюсник

  Статичні ВАХ використовуються при розрахунках електронних схем з великими…  

Основні режими роботи біполярного транзистора

Незалежно від схеми вмикання біполярного транзистора він може працювати у трьох основних режимах, що визначаються полярністю напруги на емітерному U…    

Конструкція біполярних транзисторів

Біполярні транзистори виготовляють з германію та кремнію. Як приклад, розглянемо будову площинного германієвого транзистора р — п —р-типу (мал.…  

Маркування транзисторів

 

Маркування транзисторів складається з чотирьох елементів:

- перший (літера або цифра) — матеріал напівпровідника (Г(1) — гер­маній; К(2) — кремній; А(3) — арсенід галію);

- другий (літера) — Т (біполярні), П (польові);

- третій (тризначне число) — класифікаційна ознака за потужністю і частотою;

- четвертий (літера) — різновид транзистора цього типу (А, Б, В то­що).

Наприклад, ГТ905А — германієвий біполярний потужний

ви­сокочастотний транзистор, різновид типу А.

 

 

2.5 Уніполярні (польові) транзистори

 

 

Загальні відомості

До класу уніполярних відносять транзистори, принцип дії яких ґрун­тується на використанні носіїв заряду лише одного знаку (електронів або дірок).… Розрізняють ПТ з керуючим р-п переходом (з затвором у вигляді р-п переходу) та… Характерною рисою ПТ є великий вхідний опір (108 - 1014 Ом). Широкого розповсюдження ПТ набули завдяки високій…

Польові транзистори з керуючимр-ппереходом

Конструкція та принцип дії ПТ з керуючим р-п переходом пояснюєть­ся на моделі, наведеній на мал. 2.18.  

Тиристори

Тиристор - це напівпровід­никовий прилад, що має багатошарову структуру і ВАХ якого має ділян­ку з негативним опором. Його використовують як перемикач струму.

Тиристори бувають двоелектродні - диністори та три­електродні - триністори.

 

Диністори

Диністор має чотиришарову структуру. У нього є три p-n переходи. Два крайніх з них (П1 і П3;) зміщені у прямому напрямку, а середній (П2) - у… (мал. 2.26, а).  

Маркування тиристорів

 

Маркування тиристорів здійснюється за такою класифікацією:

а) 1 позиція — літера Т, що вказує на призначення;

б) 2 позиція — літера, яка вказує на вид тиристора (Б — швидкодіючий,

С —симетричний, Ч— частотний, П— із зворотною провідністю);

в) 3 позиція — три цифри, які характеризують конструктивні особ­ливості;

г) 4 позиція — число, яке відповідає середньому струму І_а в амперах;

д) 5 позиція — клас за напругою, на яку розрахований тиристор;

е) 6 позиція — цифри, які визначають номери груп за швидкістю

наростання напруги та часом вимикання.

Наприклад: ТЕ 133-250-8-52 — тиристор швидкодіючий, середній анодний струм 250А, восьмий клас за напругою, п'ята група за нарос­танням напруги та друга група за часом вимикання.

 

 

Оптоелектронні елементи

Оптоелектронні елементі використовують перетворення електричних сигналів в оптичні і містять джерело світла (ДС) та приймач світла — фотоприймач… Як джерело світла використовується інфрачервоний випромінювальний діод,…

Газорозрядні прилади та фотоелементи іонізація газу й електричний розряд

На відміну від електронних (вакуумних) ламп в іонних, або газорозрядних приладах струм створюється не тільки спрямованим переміщенням вільних… Іонні прилади наповнені розрідженим газом або ртутною парою. Електрони під час… Якщо енергія, одержана атомами внаслідок співударяння, достатня для їхнього розщеплення на електрони та іони, то…

Газотрони

Газотрон являє собою двоелектродний іонний або газороз­рядний прилад, призначений для випрямлення змінного струму. Скля­ний (або металевий) балон…      

Тиратрони

Тиратрон відрізняється від газотрона наявністю третього електрода — сітки, яка керує моментом запалювання дуги. У скля­ному балоні тиратрона… На відміну від вакуумного тріода в тиратроні зміна потенціалу сітки не впливає…  

Фотоелементи з зовнішнім фотоефектом.

Фото помножувачі

Фотоелементом називається електровакуумний, напів­провідниковий або іонний прилад, у якому дія променевої енергії оптичного діапазону обумовлює… Зовнішній фотоефект, або фото­електронна емісія, полягає в тому, що джерело… Фотоелемент з зовнішнім фотоефектом (мал. 2.39, а) розміщений у скляній колбі 2, де створено вакуум (у вакуумному…

Фотоелементи з внутрішнім фотоефектом та з запірним

Шаром

 

Внутрішній фотоефект полягає в тому, що джерело випромінюван­ня світлової енергії обумовлює збільшення енергії в частини електро­нів, іонізацію атомів і утворення нових носіїв зарядів (електронів 1 дірок), внаслідок чого зменшується, електричний опір освітлюваного матеріалу. Якщо за зовнішнього фотоефекту електрони покидають ме­жі освітлюваної речовини, то за внутрішнього фотоефекту вони зали­шаються всередині неї, збільшуючи кількість носіїв електричних за­рядів.

Фотоелементи з внутрішнім фотоефектом називаються ф о т о резисторами (фотоопорами). Вони являють собою напівпровідни­кові прилади, електричний опір яких різко змінюється під дією пада­ючого на них світлового випромінювання. Напівпровідниками слу­жать сірчистий свинець (фоторезистор ФСА), селенід кадмію (фото-резистор ФСД), сірчистий кадмій (фоторезистор ФСК). Фоторезистори ФСА застосовують у інфрачервоній, а інші — у видимій частині світла. Чутливість фоторезисторів значно вища від чутливості фотоелементів із зовнішнім фотоефектом, тому в ряді пристроїв фоторезистори заміняють раніше використовувані фотоелементи з зовнішнім фотоефектом.

Фоторезистор (мал. 2.48, а) являє собою скляну пластинку 1, на яку нанесено тонкий шар напівпровідника 2, покритого прозорим лаком для захисту від механічних пошкоджень і вологи. Від обох кінців пластинки виведено два металеві електроди 3. Фоторезистор розміщено в пластмасовому корпусі з двома штирками, до яких при­єднано електроди. Умовне позначення та схему приєднання фоторезистора наведено на мал. 2.48, б. Фоторезистор працює лише від зовніш­нього джерела живлення й має однаковий опір в обох напрямках.

 

 

 

 

 

 

У неосвітленого фоторезистора е великий «темповий» опір R (від сотень кілоомів до кількох мегаомів), через який протікає «темновий» струм малої сили І_т. У освітленого фоторезистора опір різко зменшується і сила струму збільшується до певного значення сили світлового струму І_с, яке залежить від інтенсивності освітлення. Різниця між силами світлового та «темпового» струмів називається силою фотоструму: І_ф = І_е = І_т. Вольт-амперна характеристика фоторезистора (мал. 2.48, в), тобто залежність сили фотоструму від напруги джерела живлення за незмінного світлового потоку [І_ф = f (U) при Ф = const], лінійна.

До недоліків фоторезистор і в належать їх інерційність (з освітлен­ням сила фотоструму не зразу досягає свого кінцевого значення, а лише через деякий час), не лінійність світлової характеристики (сила фотоструму зростає повільніше, ніж сила світла), залежність елек­тричного опору й сили фотоструму від температури навколишнього середовища.

Фотоелементи з фотоефектом у запірному шарі називаються вен­тильними фотоелементами. Запірний шар знаходиться між напівпровідниками з р- та п- провідностями. У цих фотоелемен­тах під дією світлового випромінювання виникає ЕРС, яка називається фото-ЕРС. Для виготовлення вентильних фотоелементів засто­совують селен, сірчистий талій, сірчисте срібло, германій І кремній. Освітлення поверхні фотоелемента поблизу р — п- переходу обу­мовлює іонізацію атомів

 

Малюнок 2.49. Схема будови кремнієвого вентильного фотоелемент Д.

 

кристалу й утворення нових пар вільних носіїв зарядів — електронів і дірок. Під дією електричного поля р — п- переходу утворювані внаслідок іонізації атомів кристалу елек­трони переходять у шар п, а дірки в шар р, що призводить до над­лишку електронів у шарі п та дірок — у шарі р Під дією різниці потенціалів (фото-ЕРС) між шарами ріпу зовнішньому колі проті­кає струм силою І, спрямований від електрода з шаром р до електро­да з шаром п. Ця сила струму залежить від кількості носіїв заря­дів — електронів і дірок, тобто від сили світла Чутливість вентиль­них фотоелементів висока (до 10 мА/лм), їм не потрібне джерело жив­лення. Вони широко застосовуються в різних галузях електроніки, автоматики, вимірювальної техніки тощо.

Схему будови кремнієвого фотоелемента з запірним шаром пока­зано на мал. 155. На пластину кремнію 1 з домішкою, яка утворює електронну провідність, вводять доміш­ку бору шляхом дифузії у вакуумі, внаслідок чого утворюється шар напів­провідника з дірковою провідністю.2 ду­же малої товщини, тому світлові промені вільно проходять у перехідну зону. Батареї кремнієвих елементів служать для безпосереднього перетворення со­нячної енергії в електричну. Такі перетворювачі, що називаються сонячними

батареями, застосовуються, наприклад, мал. 2.49. Схема будови кремніна штучних супутниках Землі для живлення їхньої апаратури.

Напівпровідниковий фотоелемент з двома електродами, розділени­ми р — п- переходом, який називається фотодіодом, може працювати з зовнішнім джерелом живлення (перетворювальний ре­жим) і без нього (генераторний режим).

Під час роботи в генераторному режимі освітлення фотодіода обумовлює виникнення фото-ЕРС, під дією якої у зовнішньому колі через навантаження протікає струм, тобто джерелом живлення є фотодіод. Під час роботи у фотоперетворювальному режимі напругу зов­нішнього джерела живлення прикладено назустріч фото-ЕРС і фото-діод схожий на фоторезистор з вищою чутливістю. Якщо фотодіод не освітлений, то через нього протікає зворотний струм («темповий» струм) невеликої сили під дією зовнішнього джерела живлення. З ос­вітленням електронної ділянки фотодіода утворюються носії зарядів — електрони й дірки. Дірки доходять до р — п- переходу й під дією електричного поля переходять в р-ділянку, тобто освітлення обумовлює збільшення кількості неосновних носіїв, що перейшли з п- ділянки в р- ділянку, отже, сила струму в колі зростає (виникає фотострум).

 

 

ПРИКЛАДИ ДО РОЗДІЛУ

Задача 2.1. Вибрати тип діода для електротехнічного пристрою, щоб забезпечити струм у навантаженні І = 0,27 А. Напруга, що прикладається до діода у… Розв'язок: Основними параметрами, за якими вибирають діод є Іпр.доп та…

ЗАПИТАННЯ ДЛЯ САМОПЕРЕВІРКИ

1.Пояснити причину утворення p-n переходу в напівпровіднику.

2.Подати визначення прямої та зворотної напруг діода.

3.У чому полягає особливість стабілітрона?

4.Пояснити роботу біполярного транзистора.

5.За якими величинами вибирають тип транзистора?

6.У чому полягає відмінність між біполярними та польовими транзис­-

торами?

7.У чому особливість МДН і МОН-транзисторів?

8.Пояснити роботу тиристора.

9.Назвати способи керування тиристорами.

10.Яким умовам повинні відповідати імпульси керування тиристора?

11.Подати особливості роботи оптоелектронних елементів.

12.У чому полягає відмінність між: фотодіодом і світлодіодом?

 

 

ЗАДАЧІ ΗА САМОСТІЙНЕ ОПРАЦЮВАННЯ

2.1с. Для забезпечення безаварійної роботи пристрою необхідно виб­рати діод, умови роботи якого: прямий струм Iпр = 10 А; а напру­га, що… (Відповідь: Д243). 2.2с. В схемі, транзистор КТ807А увімкнено із спільним емітером. Струм бази транзистора дорівнює 10 мА. Визначити…

РОЗДІЛ 3

 

Основи мікроелектроніки

 

Інтегральні мікросхеми. Класифікація та основні поняття

Мікроелектроніка - це розділ електроніки, який включає дослідження конструювання і виробництво електронних мікросхем і радіоелектронної апаратури на… Інтегральна мікросхема - це мікроелектронний виріб, виконуючий певну функцію… Елемент - це частина мікросхеми, яка реалізує функцію, якого небудь електрорадіоелемента, яка не може бути виділена,…

Малюнок 3. 1- Загальна конструкція ІМС

  По застосовуваному матеріалі розрізняють чотири типи корпусів: металосклянні,… Пластмасові корпуси не забезпечують вакуум-щільну герметизацію в жорстких умовах експлуатації (тривалий вплив…

Малюнок 3.2-Типи корпусів ІМС

Слід зазначити також, що конструктивні характеристики корпуса (особливо по габаритах і розташуванню висновків) повинні створювати зручності при…    

Транзистори

 

Основні етапи виготовлення інтегральних біполярних транзисторів типу

п-р-п методом планарно-дифузійної технології показані на мал. 3.4.

 

Малюнок. 3.4- Операції виготовлення інтегральних біполярних

Транзисторів

При цьому за основу беруть однорідну підложку з кремнію р-типу. Шляхом термічного окислювання кремнію на поверхні підкладки формують тонку… Після цього способом фотолітографії виготовляють першу оксидну маску, для чого поверхня окисної плівки SіO2 покривають…

Малюнок 3.5- Етапи планарно-епітаксіальної технології При виготовленні інтегральних транзисторів звичайно використовують високоомну підкладку р-типу і епітаксіальний шар n-типу, покритий оксидною плівкою SiO2 (мал.3.5, а).

Потім із плівки SiO₂ створюють маску (мал. 3.5, б), через вікна якої відбувається дифузія домішки р-типу. У результаті створюються ізольовані замкненими р-п-переходами острівці епітаксіального шару (мал. 3.5, в), аналогічні розглянутим при планарно-дифузійної тхнології. Подальші етапи формування на острівцях планарних транзисторів.

При планарно-епітаксіальній технології домішка розподілена рівномірно по товщині і р-п-переходи досить чіткі. Технологія виготовлення інтегральних МДН-транзисторів не відрізняється від розглянутої, однак кількість операцій скорочується в 3 - 3,4 рази, а займана транзистором площа зменшується в 20 - 25 разів.

Діоди.

 

Планарна технологія дозволяє формувати діоди будь-яких типів за викладеною методикою. Однак з конструктивно-технологічних розумінь як діоди звичайно використовують емітерний або колекторний р-п- переходи інтегральних транзисторів. Практично інтегральні транзистори, використовують як діоди, застосовують по чотирьох різних схемах включення (мал.3.6). Схеми включення транзисторів, у яких використовується колекторний перехід, показані на мал. 3.6, а, б; емітерний перехід — на мал. 3.6, в, г.

 

Малюнок 3.6- Схеми включення інтегральних транзисторів

Діоди на основі колекторного переходу мають найбільшу припустиму зворотну напругу (до 50 В). Найменший зворотний струм і найбільша швидкодія мають діоди, у яких використовусться емітерний перехід. Діод на основі емітерного переходу при закороченому колекторному переході часто застосовується як інтегральний стабілітрон.

 

Резистори

В основі найбільш розповсюдженого способу виготовлення дифузійних резисторів лежить використання базового або емітерного шару транзисторної… Дифузійний резистор на основі базового р-шару транзисторної структури… Дифузійний резистор в інтегральному виконанні на основі емітерного шару біполярного транзистора показаний на мал. 3.7,…

Гібридні ІМС. Технологія виготовлення гібридних ІМС

У виробництві гібридних ІМС використовується плівкова технологія, що дозволяє виготовляти з досить стабільними параметрами лише пасивні елементи —… У технологічному відношенні гібридні ІМС, як і напівпровідникові ІМС,… Основними компонентами гібридних ІМС є: підкладка, система пасивних елементів (резистори, конденсатори, індуктивні…

Резистори.

При виготовленні плівкових резисторів використовуються резистивні матеріали з різним поверхневим питомим опором. Такі матеріали можна розділити на… У якості резистивних матеріалів на основі чистих металів застосовують хром і… Резистивними матеріалами на основі сплавів є ніхром, а також нітриди, карбіди і силіциди хрому, танталу і вольфраму.…

Малюнок 3.10- Конструкція індуктивних елементів

 

 

Максимальне значення індуктивності для плівкових схем не перевищує 5 кмГн при невеликій (Q=50) обумовленій втратами в омічному опорі котушок. У цьому зв'язку у гібридних ІМС часто застосовують мікромініатюрні дискретні індуктивні котушки.

 

Активні компоненти

 

Як активні компоненти гібридних ІМС застосовуються дискретні напівпровідникові діоди, транзистори, тиристори, напівпровідникові ІМС, ГІМС частіше в безкорпусному виконанні. Використовуючи ці компоненти, особливо ІМС, можна гнучко вирішувати ряд складних інженерних задач по створенню нетипових функціональних вузлів, застосовуваних у радіоелектронній апаратурі. При цьому для досягнення оптимальних електричних параметрів на одній підкладці гібридної ІМС можна сполучати активні компоненти, виконані по різних технологіях: біполярної, МОН і т.д. Використання дискретних активних компонентів дозволяє в ряді випадків створити зразки силових гібридних ІМС, що представляє серйозні труднощі на сучасному етапі при спільному виготовленні малопотужних і могутніх активних елементів на одному кристалі у вигляді напівпровідникової ІМС.

 

 

Провідники і контактні площадки

Об'єднання плівкових пасивних елементів і начіпних компонентів у гібридну ІМС здійснюється плівковими провідниками і контактними площадками. Такі… Для напилювання плівкових провідників і контактних площадок найбільш…  

ПРИКЛАДИ ДО РОЗДІЛУ

Задача 3.1 Вказати призначення мікросхеми, на корпусі якої та­кий напис — КР548ЛП43. Розв'язок: Відповідно до стандарту маркування 1C отримуємо, що це мікросхема… Задача 3.2 Електрична схема пристрою містить дві мікросхе­ми: 548ЛІ4 і 548ЛЛ6. Вказати функційне призначення…

ЗАПИТАННЯ ДЛЯ САМОПЕРЕВІРКИ

 

1)Поясніть поняття інтегральної схеми.

2)Як поділяються 1C за кількістю елементів?

3)Чи всі елементи напівпровідникової електроніки можна реалізувати в інтегральних схемах?

4)Як поділяються мікросхеми за технологією виготовлення?

5)Наведіть основні характеристики 1C.

6)Вкажіть основні переваги мікросхем для практичного використання.

7)Що можна віднести до недоліків 1C?

8)Який принцип маркування мікросхем?

9)Яку інформацію несе літера К, якщо з неї починається маркування мікросхеми?

 

ЗАДАЧІ НА САМОСТІЙНЕ ОПРАЦЮВАННЯ

3.1с. В електричному пристрої використано мікросхему 136ТР1. Вказати призначення даної мікросхеми і пояснити, за якою озна­кою визначається… (Відповідь: RS-тригер). 3.2с. Яке функціональне призначення пристрою, схемотехнічне рі­шення якого реалізовано на базі мікросхеми 117УН2А.…

РОЗДІЛ 4

 

ФУНКЦІОНАЛЬНА МІКРОЕЛЕКТРОНІКА

 

Функціональна мікроелектроніка дозволяє реалізувати функцію електронного пристрою шляхом використання фізичних явищ у твердому тілі. Для переробки інформації у функціональних пристроях використовуються фізичні явища, не зв'язані обов'язково з електропровідністю, наприклад оптичні і магнітні явища, поширення ультразвуку.

Напрямки функціональної мікроелектроніки: оптоелектроніа, акустоэлектроніка, магнітоэлектроніка, кріоэлектроніка, хемотропіка, діелектрична електроніка і біоэлектроніка.

 

Оптоелектроніка

 

Оптоелектроніка — один з найбільш розвинутих напрямків у функціональній мікроелектроніці, оскільки оптичні і фотоелектричні явища досить добре вивчені, а технічні засоби, засновані на цих явищах, тривалий час використовуються в електроніці (фотоелементи, фотоелектронні множники, фото діоди, фото транзистори й ін.).

Оптоелектроніка основана на електронно-оптичному принципі одержання, передачі, обробки і збереження інформації, носієм якої є електричний нейтральний фотон. Сполучення в фотоелектронних функціональних пристроях двох способів обробки і передачі інформації — оптичного й електричного — дозволяє досягати величезної швидкодії, високої щільності розміщення збереженої інформації, створення високоефективних засобів відображення інформації. Перевагою елементів оптоелектроніки є те, що вони оптично зв'язані, а електрично ізольованні між собою.

 

Малюнок. 4.1. Структурна схема однієї спрямованості

 

Основним елементом оптоелектроніки, є оптрон. Найпростіший оптрон являє собою чотириполюсник (мал. 4.1), що складається з трьох елементів: джерела випромінювання (фото випромінювача) 1, світовода 2 і приймачі випромінювання (фотоприймача) 3.

Сполучення фотовипромінювача і фотоприймача в оптроні одержало назву оптоэлектронної пари. Світлодіоди, виконані на основі арсени-да галію, фосфіду галію, фосфіду кремнію, карбіду кремнію. Можливості оптрона визначаються характеристиками фотоприймача, цей елемент і дає назва оптрона в цілому. До основних різновидів оптронів відносяться: резисторні (фотоприймачем служить фоторезистор); діодні (фотоприймач — фотодіод); транзисторні (фотоприймач-фототранзистор) і тиристорні (фотоприймач — фототиристор).

 

Малюнок 4.2. Схематичне зображення оптронів: а-резисторного; в- транзисторного; г-тиристорного

 

На мал. 4.3 приведені деякі найпростіші схеми, що дозволяють реалізувати специфічні властивості цих приладів. Наприклад, резисторний оптрон, , може бути використаний у якості керованого резистивного дільника напруги. Під впливом керуючого вхідної напруги (U_вх) змінюється прямий струм світлодіода і його випромінювання.

Відповідно змінюється опір фоторезистора, а отже, і розподіл напруги джерела Е₂ на фоторезисторі і вихідному резисторі R₂.

Подібний керований резистор може бути використаний у різних електронних схемах, наприклад, для дистанційного керування коефіцієнтом підсилення в підсилювача.

На мал. 4.3, б показана схема включення діодного оптрона. Ця схема може працювати в ключовому (імпульсному) режимі і при цьому створювати на виході імпульсну напругу, що перевищує по своїй амплітуді рівень керуючих вхідних імпульсів. Напруга на виході, залежить від струму фотодіода. Величина струму фотодіода, керується світловим потоком світлодіода, що змінюється за законом зміни імпульсного вхідного сигналу. При цьому амплітуда вхідних імпульсів, що впливають на світлодіод, може бути значно менше, ніж напруга U_вх.

Малюнок 4.3. Застосування оптронів:

а — як керовані резистори; б — у ключових схемах.

Акустоелектроніка

Акустоелектроніка — це напрямок функціональної мікроелектроніки, оснований на використанні п'єзоелектричного ефекту. Акусто-електроніка займається… На мал. 4.4, а показана структура елементарного осередку кварцу, що…  

Магнетоелектроніка

Магнетоелектроніка зв'язана е використанням властивостей тонких, магнітних плівок. Застосування магнітних матеріалів як носіїв інформації основане… Для мікроелектроніки й обчислювальної техніки найчастіше використовуються… На мал. 4.7 показана схема побудови матриці пам'яті на тонких магнітних плівках.

Криоелектроніка

До криогенних температур відносять температури в межах 20...0 К. Опір будь-якого металу при пониженні температури падає. У деяких металах і сплавах:…

Хемотроніка

Дослідження показали, що рідинні системи мають ряд важливих переваг перед системами на основі твердих тіл. До основних переваг рідинних… 5 • 10 ~4 М2/(В • с)) значно обмежує зверх робочий частотний діапазон цих… В даний час запропоновано велике число різних хемотронних приладів і пристроїв: керовані опори, крапкові і площинні…

Біоелектроніка

Сучасна біоелектроніка охоплює проблеми вивчення нервової системи людини, тварин, а також моделювання нервових кліток (нейронів і нейронних мереж)… Майже для всіх біологічних видів нервова система являє собою мережу нейронів.…  

ЗАПИТАННЯ ДЛЯ САМОПЕРЕВІРКИ

1. Чим викликана необхідність розвитку функціональної мікроелектроніки як нової галузі технічної електроніки? 2. Назвіть основні напрямки розвитку функціональної