ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 18.03.2024
Просмотров: 456
Скачиваний: 1
ВНИМАНИЕ! Если данный файл нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам.
степени легирования, контакты обладают ничтожным сопротивлением.
Изображён МДП-транзистор с необходимыми для работы подключениями. Здесь используется основная схема включения – с общим, или заземлённым истоком. Это название отражает очевидное: в такой схеме исток заземлён и является общим узлом для источников Uзи и Uси.
Чем больше Uзи, тем больше толщина канала, концентрация свободных электронов в нём и поэтому больше ток Iс. При любых Uзи < U0.Такие транзисторы менее распространены, т.к. подвижность дырок меньше, чем подвижность свободных электронов. При равных прочих условиях в n-канальном транзисторе ток в несколько раз больше.
Полное название такого транзистора – МДП-транзистор с индуцированным каналом n-типа, обусловлено тем, что под воздействием поля затвора в нем появляется(индуцируется)канал со свойствами полупроводника с электронной проводимостью. Существуют и p-канальные МДП-транзисторы. В них используется МДП структура с полупроводником n-типа. Р-канал появляется при отрицательном напряжении Uзи < U0. Такие транзисторы менее распространены, т.к. подвижность дырок меньше, чем подвижность свободных электронов. При равных прочих условиях в n-канальном транзисторе ток в несколько раз больше.
МДП транзисторы со встроенным каналом
Они находят ограниченное применение из-за необходимости затрачивать энергию на поддержание состояния отсечки транзистора изготовления дополнительного n-слоя между истоком и стоком. Этот слой выполняет функцию канала, который существует в таком транзисторе и при Uзи =0. Как и в транзисторах с индуцированным каналом, в МДП транзисторах со встроенным каналом в зависимости от напряжения на затворе наступает обогащение или обеднение канала. При достаточно сильном обеднении, т.е. при Uзи< U0, наступает режим инверсии полупроводника под затвором. Канал исчезает, транзистор запирается. Стоко-
затворная характеристика МДП-транзистора со встроенным каналом n-типа изображена.
Здесь же штриховая линия соответствует p-канальному варианту транзистора
Основным типом элементов современной электронной аппаратуры являются полупроводниковые интегральные схемы (ИС). Все элементы ИС очень тонкие, плоские и располагаются в приповерхностном слое общего кристалла полупроводника – подложки. Их изготовление осуществляется обработкой одной из
поверхностей плоской подложки. Нижняя поверхность подложки при этом не используется. Технология изготовления таких ИС часто называется планарной, т.е. плоскостной. Планарная технология стала возможной благодаря применению главной технологической операции – фотолитографии. Её задачей является создание так называемой маски на поверхности подложки. В типичном случае фрагмент подложки с маской имеет вид
Здесь защитный слой маски – двуокись кремния SiO2 на поверхности кремниевой подложки. Окна маски делают доступной для обработки поверхность полупроводника в необходимых местах.
Подготовленная к фотолитографии кристаллическая кремниевая подложка с идеально обработанной поверхностью.
Создание защитного слоя SiO2, например окислением кремния.
Большим недостатком простейшего ТТЛ-элемента является низкая нагрузочная способность (способность нормально работать при подключении к выходу входов большого числа других таких же или аналогичных
элементов). С увеличением числа нагрузочных элементов сопротивление нагрузки уменьшается, а емкость нагрузки возрастает.
Его основу образует многоэмиттерный транзистор (МЭТ), который отличается от обычного интегрального биполярного транзистора (БТ) наличием не одной, а нескольких эмиттерных областей (например, двух).
Наличие нескольких эмиттеров позволяет реализовать самые разные логические функции, в том числе – основные – И, ИЛИ, НЕ и их комбинации. Изготовление многоэмиттерного БТ требует тех же технологических операций, что и для обычного транзистора и не усложняет изготовление ИС. В МЭТ, в отличие от обычного транзистора, не один, а несколько равноценных эмиттерных переходов. Поэтому при подаче прямого напряжения на любой из этих переходов начинается инжекция неосновных носителей в базу и может быть получен активный или насыщенный режим. ТТЛ-элемент используется в цепях с цифровыми сигналами, т.е. на входах появляются сигнал "0" (напряжение низкого уровня, обычно близкое к
0 В), или сигнал "1" (напряжение высокого уровня, обычно близкое к напряжению источника питания).
Если, например, на входе xl присутствует сигнал 0 (т.е. напряжение, близкое к 0), то на первом эмиттерном переходе МЭТ действует прямое напряжение и этот переход открыт.
Аналогичная картина наблюдается и при сигнале 0 на входе х2 и при сигналах 0 на обоих входах. В любом таком случае открыт хотя бы один эмиттерный переход МЭТ, напряжение база МЭТ – земля близко к 0.7 В и недостаточно для отпирания Т2. Только при подаче на оба входа МЭТ (на все имеющиеся входы) сигналов 1 напряжение на всех эмиттерных переходах МЭТ обратное
, и все они заперты. В этом случае ток от плюса источника через R1 проходит через коллекторный переход МЭТ и поступает в базу Т2. Т2 открыт, напряжение на выходе ТТЛ-элемента близко к 0. Таким образом, логика работы рассматриваемого ТТЛ- элемента описывается таблицей истинности вида:
Способность вещества пропускать ток называется электропроводностью. Электропроводность определяется, главным образом, плотностью концентрации, или просто концентрацией подвижных носителей – их количеством в единице объёма.
Электропроводность полупроводников
В физике полупроводников вместо понятий ток I и напряжение U удобнее пользоваться понятиями плотность тока J [А/м2] и напряжённость поля E[В/м].В этом случае закон Ома имеет вид: J=E/ρ (3) или J=σE, (4) где ρ – удельное сопротивление [Ом/м], σ – удельная проводимость [См/м]. Очевидно, что электропроводность полупроводника тем больше, чем больше заряд свободных электронов и дырок –q и q, чем больше их концентрации n, пpичем быстрее они способны двигаться под действием электрического поля: σ=q(µnn+µpp) (5) Здесь µn и µp -коэффициенты подвижности свободных электронов и дырок–средние скорости их движения под действием электрическогополяснапряжённостью1В/м. Подстановка(5)в(4)даёт: J=q(µnn+µpp)E (6) Электронная и дырочная составляющие плотности тока складываются, так как противоположны и направления движения свободных электронов и дырок изнакиих зарядов. Средняя скорость электронов (следовательно, и дырок) относительно невелика из-за столкновений электронов с атомами кристаллической решётки. При столкновениях часть кинетической энергии движущихся электронов передается атомам, чем вызывается выделение тепла в любой проводящей среде при протекании в ней тока. Электропроводность собственного полупроводника быстро (экспоненциально)растёт с увеличением температуры, так как при этом усиливается термогенерация электронно-дырочных пар и растёт их концентрация.
Изображён МДП-транзистор с необходимыми для работы подключениями. Здесь используется основная схема включения – с общим, или заземлённым истоком. Это название отражает очевидное: в такой схеме исток заземлён и является общим узлом для источников Uзи и Uси.
Чем больше Uзи, тем больше толщина канала, концентрация свободных электронов в нём и поэтому больше ток Iс. При любых Uзи < U0.Такие транзисторы менее распространены, т.к. подвижность дырок меньше, чем подвижность свободных электронов. При равных прочих условиях в n-канальном транзисторе ток в несколько раз больше.
Полное название такого транзистора – МДП-транзистор с индуцированным каналом n-типа, обусловлено тем, что под воздействием поля затвора в нем появляется(индуцируется)канал со свойствами полупроводника с электронной проводимостью. Существуют и p-канальные МДП-транзисторы. В них используется МДП структура с полупроводником n-типа. Р-канал появляется при отрицательном напряжении Uзи < U0. Такие транзисторы менее распространены, т.к. подвижность дырок меньше, чем подвижность свободных электронов. При равных прочих условиях в n-канальном транзисторе ток в несколько раз больше.
МДП транзисторы со встроенным каналом
Они находят ограниченное применение из-за необходимости затрачивать энергию на поддержание состояния отсечки транзистора изготовления дополнительного n-слоя между истоком и стоком. Этот слой выполняет функцию канала, который существует в таком транзисторе и при Uзи =0. Как и в транзисторах с индуцированным каналом, в МДП транзисторах со встроенным каналом в зависимости от напряжения на затворе наступает обогащение или обеднение канала. При достаточно сильном обеднении, т.е. при Uзи< U0, наступает режим инверсии полупроводника под затвором. Канал исчезает, транзистор запирается. Стоко-
затворная характеристика МДП-транзистора со встроенным каналом n-типа изображена.
Здесь же штриховая линия соответствует p-канальному варианту транзистора
32. Изготовление подложек интегральных схем.
Основным типом элементов современной электронной аппаратуры являются полупроводниковые интегральные схемы (ИС). Все элементы ИС очень тонкие, плоские и располагаются в приповерхностном слое общего кристалла полупроводника – подложки. Их изготовление осуществляется обработкой одной из
поверхностей плоской подложки. Нижняя поверхность подложки при этом не используется. Технология изготовления таких ИС часто называется планарной, т.е. плоскостной. Планарная технология стала возможной благодаря применению главной технологической операции – фотолитографии. Её задачей является создание так называемой маски на поверхности подложки. В типичном случае фрагмент подложки с маской имеет вид
Здесь защитный слой маски – двуокись кремния SiO2 на поверхности кремниевой подложки. Окна маски делают доступной для обработки поверхность полупроводника в необходимых местах.
Подготовленная к фотолитографии кристаллическая кремниевая подложка с идеально обработанной поверхностью.Создание защитного слоя SiO2, например окислением кремния.
47. Логические элементы на биполярных транзисторах (ТТЛ элемент). Схема простейшего двухвходового ТТЛ-элемента И-НЕ.
Большим недостатком простейшего ТТЛ-элемента является низкая нагрузочная способность (способность нормально работать при подключении к выходу входов большого числа других таких же или аналогичных
элементов). С увеличением числа нагрузочных элементов сопротивление нагрузки уменьшается, а емкость нагрузки возрастает.
Его основу образует многоэмиттерный транзистор (МЭТ), который отличается от обычного интегрального биполярного транзистора (БТ) наличием не одной, а нескольких эмиттерных областей (например, двух).
Наличие нескольких эмиттеров позволяет реализовать самые разные логические функции, в том числе – основные – И, ИЛИ, НЕ и их комбинации. Изготовление многоэмиттерного БТ требует тех же технологических операций, что и для обычного транзистора и не усложняет изготовление ИС. В МЭТ, в отличие от обычного транзистора, не один, а несколько равноценных эмиттерных переходов. Поэтому при подаче прямого напряжения на любой из этих переходов начинается инжекция неосновных носителей в базу и может быть получен активный или насыщенный режим. ТТЛ-элемент используется в цепях с цифровыми сигналами, т.е. на входах появляются сигнал "0" (напряжение низкого уровня, обычно близкое к
0 В), или сигнал "1" (напряжение высокого уровня, обычно близкое к напряжению источника питания).
Если, например, на входе xl присутствует сигнал 0 (т.е. напряжение, близкое к 0), то на первом эмиттерном переходе МЭТ действует прямое напряжение и этот переход открыт.
Аналогичная картина наблюдается и при сигнале 0 на входе х2 и при сигналах 0 на обоих входах. В любом таком случае открыт хотя бы один эмиттерный переход МЭТ, напряжение база МЭТ – земля близко к 0.7 В и недостаточно для отпирания Т2. Только при подаче на оба входа МЭТ (на все имеющиеся входы) сигналов 1 напряжение на всех эмиттерных переходах МЭТ обратное
, и все они заперты. В этом случае ток от плюса источника через R1 проходит через коллекторный переход МЭТ и поступает в базу Т2. Т2 открыт, напряжение на выходе ТТЛ-элемента близко к 0. Таким образом, логика работы рассматриваемого ТТЛ- элемента описывается таблицей истинности вида:
Третий билет
3. Электропроводность собственного и примесного полупроводника. Зависимость электропроводности от температуры:
Способность вещества пропускать ток называется электропроводностью. Электропроводность определяется, главным образом, плотностью концентрации, или просто концентрацией подвижных носителей – их количеством в единице объёма.
Электропроводность полупроводников
В физике полупроводников вместо понятий ток I и напряжение U удобнее пользоваться понятиями плотность тока J [А/м2] и напряжённость поля E[В/м].В этом случае закон Ома имеет вид: J=E/ρ (3) или J=σE, (4) где ρ – удельное сопротивление [Ом/м], σ – удельная проводимость [См/м]. Очевидно, что электропроводность полупроводника тем больше, чем больше заряд свободных электронов и дырок –q и q, чем больше их концентрации n, пpичем быстрее они способны двигаться под действием электрического поля: σ=q(µnn+µpp) (5) Здесь µn и µp -коэффициенты подвижности свободных электронов и дырок–средние скорости их движения под действием электрическогополяснапряжённостью1В/м. Подстановка(5)в(4)даёт: J=q(µnn+µpp)E (6) Электронная и дырочная составляющие плотности тока складываются, так как противоположны и направления движения свободных электронов и дырок изнакиих зарядов. Средняя скорость электронов (следовательно, и дырок) относительно невелика из-за столкновений электронов с атомами кристаллической решётки. При столкновениях часть кинетической энергии движущихся электронов передается атомам, чем вызывается выделение тепла в любой проводящей среде при протекании в ней тока. Электропроводность собственного полупроводника быстро (экспоненциально)растёт с увеличением температуры, так как при этом усиливается термогенерация электронно-дырочных пар и растёт их концентрация.