Слайд 3
УДК 621.38
ББК 32.85
Е30
Электронный учебно-методический комплекс по дисциплине «Электроника» подготовлен в рамках инновационной
образовательной программы «Информатизация и автоматизированные системы управления», реализованной в ФГОУ
ВПО СФУ в 2007 г.
Рецензенты:
Красноярский краевой фонд науки;
Экспертная комиссия СФУ по подготовке учебно-методических комплексов дисциплин
Егоров, Н. М.
Е30 Электроника. Презентационные материалы. Версия 1.0 [Электронный ресурс] : наглядное пособие / Н. М. Егоров. – Электрон. дан. (30 Мб). – Красноярск : ИПК СФУ, 2008. – (Электроника : УМКД № 48-2007 / рук. творч. коллектива Н. М. Егоров). – 1 электрон. опт. диск (DVD). – Систем. требования : Intel Pentium (или аналогичный процессор других производителей) 1 ГГц ; 512 Мб оперативной памяти ; 30 Мб свободного дискового пространства ; привод DVD ; операционная система Microsoft Windows 2000 SP 4 / XP SP 2 / Vista (32 бит) ; Microsoft PowerPoint 2003 или выше.
ISBN 978-5-7638-1479-8 (комплекса)
ISBN 978-5-7638-1481-1 (пособия)
Номер гос. регистрации в ФГУП НТЦ «Информрегистр» 0320802735 от 20.12.2008 г. (комплекса)
Номер гос. регистрации в ФГУП НТЦ «Информрегистр» 0320802745 от 22.12.2008 г. (пособия)
Настоящее издание является частью электронного учебно-методического комплекса по дисциплине «Электроника», включающего учебную программу, конспект лекций, учебное пособие «Исследование параметров и характеристик полупроводниковых приборов с применением интернет-технологий», интерактивное электронное техническое руководство к АПК УД «Электроника», демо-версию системы OrCAD 9.1, файлы проектов для математического моделирования полупроводниковых приборов, систему компьютерной проверки знаний тестированием с примерами тестовых заданий, 30-дневную версию LabVIEW 8.5, примеры виртуальных приборов, методические указания по самостоятельной работе, контрольно-измерительные материалы «Электроника. Банк тестовых заданий».
Представлена презентация (в виде слайдов) теоретического курса «Электроника».
Предназначено для студентов направления подготовки бакалавров 210200.62 «Радиотехника» укрупненной группы 210000 «Электроника, радиотехника и связь».
© Сибирский федеральный университет, 2008
Рекомендовано к изданию Инновационно-методическим управлением СФУ
Разработка и оформление электронного образовательного ресурса: Центр технологий электронного обучения информационно-аналитического департамента СФУ; лаборатория по разработке мультимедийных электронных образовательных ресурсов при КрЦНИТ
Содержимое ресурса охраняется законом об авторском праве. Несанкционированное копирование и использование данного продукта запрещается. Встречающиеся названия программного обеспечения, изделий, устройств или систем могут являться зарегистрированными товарными знаками тех или иных фирм.
Подп. к использованию 25.09.2008
Объем 30 Мб
Красноярск: СФУ, 660041, Красноярск, пр. Свободный, 79
Слайд 4
План лекционного курса
Модуль 1
Модуль 2
Модуль 3
Модуль 4
Материалы электронной
техники
и их электрофизические свойства
Полупроводниковые приборы: физические основы работы,
характеристики, параметры, модели, применение
Основы технологии микроэлектронных изделий и элементы интегральных схем
Приборы вакуумной электроники
Перспективы развития электроники
Слайд 5
Модуль 1
Материалы электронной техники
и их электрофизические
свойства
Тема 1. Предмет электроники. Материалы электронной техники и их электрофизические
свойства
План лекционного курса
В начало
Слайд 6
Тема 2. p–n-переход. Полупроводниковые диоды
Тема 3. Биполярные транзисторы
Тема 4. Тиристоры и
симисторы
Тема 5. Полевые транзисторы
Тема 6. Фотоэлектрические и излучательные приборы
План лекционного курса
Модуль
2
Полупроводниковые приборы:
физические основы работы, характеристики, параметры, модели, применение
В начало
Слайд 7
Тема 7. Основы технологии микроэлектронных изделий. Базовые ячейки аналоговых
и
цифровых интегральных схем
План лекционного курса
Модуль 3
Основы технологии
микроэлектронных изделий и элементы интегральных схем
В начало
Слайд 8
Тема 8. Основные типы электровакуумных приборов, их принципы работы
и
применение
Тема 9. Перспективы развития электроники. Наноэлектроника – исторический этап развития
электроники
План лекционного курса
Модуль 4
Приборы вакуумной электроники. Перспективы развития электроники
В начало
Слайд 9
Тема 1
Предмет электроники.
Материалы электронной техники
и их
электрофизические свойства
Лекция 1
Лекция 2
Лекция 3
Выбор темы
Материалы электронной техники и
их электрофизические свойства
Слайд 10
1. Предмет электроники
1.1. Введение
1.2. Направления развития электроники
1.3. Краткая
история развития электроники
1.4. Материалы электронной техники и их электрофизические
свойства
1.4.1. Структура кристаллической решетки твердых тел
1.4.2. Кристаллическая структура и типы межатомных связей металлов
1.4.3. Кристаллическая структура и типы межатомных связей полупроводников
1.4.4. Индексы Миллера
1.4.5. Дефекты кристаллической решетки
Тема 1
Предмет электроники.
Материалы электронной техники
и их электрофизические свойства
Материалы электронной техники и их электрофизические свойства
Слайд 11
1.4.6. Классическая физика не может объяснить существования
атомов
1.4.7. Зонная теория твердого тела и статистика носителей заряда
1.4.8.
Обратная решетка
1.4.9. Волновая механика свободных электронов
1.4.10. Движение в пространстве с периодическим потенциалом
1.4.11. Зоны Бриллюэна
1.4.12. Плотность заполнения энергетических уровней в состоянии термодинамического равновесия
1.4.13. Статистика носителей заряда в полупроводниках
1.4.14. Зонная структура собственных и примесных полупроводников
1.4.15. Зонная структура металлов и диэлектриков
1.4.16. Генерация и рекомбинация носителей заряда
в полупроводниках
Тема 1
Предмет электроники.
Материалы электронной техники
и их электрофизические свойства (продолжение)
Материалы электронной техники и их электрофизические свойства
Слайд 12
1.4.17. Электропроводность твердых тел
1.4.18. Электропроводность металлов и диэлектриков
– элементарное представление
1.4.19. Электропроводность полупроводников
1.4.20. Дрейф носителей заряда в
полупроводниках
1.4.21. Диффузия носителей заряда в полупроводниках
1.4.22. Плотность полного тока
1.4.23. Уравнение непрерывности
1.4.24. Явления в сильных электрических полях
1.4.25. Дрейф носителей заряда в сильных электрических полях
1.4.26. Диффузия носителей заряда в сильных электрических полях
Тема 1
Предмет электроники.
Материалы электронной техники
и их электрофизические свойства (продолжение)
Материалы электронной техники и их электрофизические свойства
Слайд 13
Предмет электроники. Материалы электронной техники и их электрофизические
свойства
Предмет электроники
Материалы электронной техники и их электрофизические свойства
Целью
преподавания дисциплины является подготовка специалистов в области радиотехники в результате изучения студентами физических основ работы, характеристик, параметров и моделей основных типов активных приборов, режимов их работы в радиотехнических цепях и устройствах, основ технологии микроэлектронных изделий и принципов построения базовых ячеек интегральных схем, механизмов влияния условий эксплуатации на работу активных приборов и микроэлектронных изделий.
Слайд 14
Предмет электроники. Материалы электронной техники и их электрофизические
свойства
Направления развития электроники
Основные направления развития электроники
Материалы электронной
техники и их электрофизические свойства
Слайд 15
Предмет электроники. Материалы электронной техники и их электрофизические
свойства
Краткая история развития электроники
Прогресс
и перспективы промышленных методов литографии
1
– оптическая литография с длиной волны 365, 248 и 193 нм;
2 – рентгенолитография или прямое получение рисунка с помощью электронного луча;
3 – электронно-лучевая проекционная литография. N – количество логических элементов микропроцессора на 1 см2 кристалла
Материалы электронной техники и их электрофизические свойства
Слайд 16
Предмет электроники. Материалы электронной техники и их электрофизические
свойства
Структура кристаллической решетки твердых тел
а
б
Решетки Бравэ:
а – простая кубическая; б – гранецентрированная кубическая
Материалы электронной техники и их электрофизические свойства
Слайд 17
Предмет электроники. Материалы электронной техники и их электрофизические
свойства
Кристаллическая структура
и типы межатомных связей полупроводников
а
б
Кристаллическая решетка (а) и структура связей (б)
между атомами кремния
Материалы электронной техники и их электрофизические свойства
Слайд 18
Предмет электроники. Материалы электронной техники и их электрофизические
свойства
Индексы Миллера
Пояснение понятия
индексов Миллера
Кристаллографические плоскости (110)
и (111) кубической решетки
Материалы электронной техники и их электрофизические свойства
Слайд 19
Предмет электроники. Материалы электронной техники и их электрофизические
свойства
Индексы Миллера
Кристаллическая решетка GaAs в плоскости (111)
Материалы
электронной техники и их электрофизические свойства
Слайд 20
Предмет электроники. Материалы электронной техники и их электрофизические
свойства
Дефекты кристаллической решетки
Точечные дефекты кристалла:
а – дефект
по Шоттки; б – дефект по Френкелю; в – примесные атомы
а б в
Дислокации в кристаллической решетке: а – линейные;
б – винтовые
а б
Материалы электронной техники и их электрофизические свойства
Слайд 21
Предмет электроники. Материалы электронной техники и их электрофизические
свойства
Движение в пространстве
с периодическим потенциалом
Потенциальная энергия электрона в металле.
Модель Зоммерфельда
Материалы электронной техники и их электрофизические свойства
Электрон может быть описан уравнением плоской волны:
Слайд 22
Предмет электроники. Материалы электронной техники и их электрофизические
свойства
Движение в пространстве
с периодическим потенциалом
Модель Кронига – Пенни
Материалы электронной
техники и их электрофизические свойства
Уравнение Шредингера для электрона в твердом теле
где V(x) – периодический потенциал;
– волновая функция электрона.
Слайд 23
Предмет электроники. Материалы электронной техники и их электрофизические
свойства
Движение в пространстве
с периодическим потенциалом
Зависимость энергии E(k) электрона
от волнового вектора k
в потенциале Кронига – Пенни (сплошная линия). Пунктирной линией показана зависимость E(k) для свободного электрона. 1 – разрешенная зона;
2 – запрещенная зона
Материалы электронной техники и их электрофизические свойства
Слайд 24
Предмет электроники. Материалы электронной техники и их электрофизические
свойства
Зоны Бриллюэна
Перенос энергии невозможен при волновом векторе, равном
Величина k, при которой волна не распространяется, зависит от направления, поскольку межплоскостные расстояния
в кристалле меняются
с направлением. Часть
k-пространства, ограниченная такими векторами, называется зоной Бриллюэна.
Материалы электронной техники и их электрофизические свойства
Слайд 25
Предмет электроники. Материалы электронной техники и их электрофизические
свойства
Зоны Бриллюэна
Энергетические диаграммы Ge, Si и GaAs в
k-пространстве
Материалы электронной техники и их электрофизические свойства
Слайд 26
Предмет электроники. Материалы электронной техники и их электрофизические
свойства
Плотность заполнения энергетических уровней
в состоянии термодинамического равновесия
Эффективная масса частицы
обратно пропорциональна второй производной энергии по волновому вектору частицы и может принимать как положительные, так и отрицательные значения.
Решение уравнения Шредингера для свободного электрона, находящегося внутри единичного кубического объема, дает некоторые дискретные значения его энергии в k-пространстве:
Материалы электронной техники и их электрофизические свойства
m* – так называемая эффективная масса частицы, сугубо квантовая величина, которую следует отличать от массы свободной частицы в вакууме.
Слайд 27
Предмет электроники. Материалы электронной техники и их электрофизические
свойства
Плотность заполнения энергетических уровней
в состоянии термодинамического равновесия
Связь между эффективной
массой частицы m*, волновым вектором k
и энергией E частицы
Материалы электронной техники и их электрофизические свойства
Слайд 28
Предмет электроники. Материалы электронной техники и их электрофизические
свойства
Статистика носителей заряда в полупроводниках
Одно из фундаментальных положений
в физике полупроводников формулируется следующим образом: уровень Ферми одинаков во всех частях равновесной системы, какой бы разнородной она
не была. Это положение можно записать в виде двух равносильных выражений:
ϕF = const,
grad (ϕF) = 0.
Из этих условий следует, что если концентрация электронов изменяется с координатой, то возникает электрическое поле:
Материалы электронной техники и их электрофизические свойства
Слайд 29
Предмет электроники. Материалы электронной техники и их электрофизические
свойства
Статистика носителей заряда в полупроводниках
Функции распределения Максвелла –Больцмана
(а)
и Ферми – Дирака (б)
Материалы электронной техники и их электрофизические свойства
Слайд 30
Предмет электроники. Материалы электронной техники и их электрофизические
свойства
Зонная структура собственных
и примесных полупроводников
Зонная диаграмма, функция распределения
Ферми – Дирака
и концентрация носителей
в собственном полупроводнике (а),
в полупроводнике n-типа (б)
и в полупроводнике p-типа (в)
Материалы электронной техники и их электрофизические свойства
Слайд 31
Предмет электроники. Материалы электронной техники и их электрофизические
свойства
Зонная структура собственных
и примесных полупроводников
Значения собственных концентраций свободных
носителей заряда
и ряд других важных параметров полупроводников
Материалы электронной техники и их электрофизические свойства
Слайд 32
Предмет электроники. Материалы электронной техники и их электрофизические
свойства
Зонная структура металлов и диэлектриков
Зонная энергетическая структура
металла
(а) и диэлектрика (б)
Материалы электронной техники и их электрофизические свойства
Слайд 33
Предмет электроники. Материалы электронной техники и их электрофизические
свойства
Генерация и рекомбинация носителей заряда
в полупроводниках
Генерация и рекомбинация
носителей заряда
в полупроводнике
Материалы электронной техники и их электрофизические свойства
Слайд 34
Предмет электроники. Материалы электронной техники и их электрофизические
свойства
Электропроводность металлов и диэлектриков – элементарное представление
Материалы электронной техники
и их электрофизические свойства
В металлах проводимость σ связывает плотность тока j [А/м2]
с напряженностью электрического поля Е [В/м] в виде соотношения, известного как закон Ома в дифференциальной форме
Металлы очень хорошо проводят электрический ток. При комнатной температуре большинство металлов обладает электропроводностью
10 –6–10 –8 [Ом –1*м –1].
Проводимость диэлектриков (изоляторов) настолько мала, что составляет величину порядка10 –16 [Ом –1*м –1].
Слайд 35
Предмет электроники. Материалы электронной техники и их электрофизические
свойства
Электропроводность полупроводников
Материалы электронной техники и их электрофизические свойства
Проводимость полупроводника
σ определяется суммой электронной σn
и дырочной σp компонент проводимости: . Величина электронной и дырочной компонент в полной проводимости определяется классическим соотношением:
где μn и μp – подвижности электронов и дырок соответственно.
Зависимость относительной удельной проводимости кремния от температуры: 1 – собственный кремний;
2, 3 – примесный кремний
Слайд 36
Предмет электроники. Материалы электронной техники и их электрофизические
свойства
Дрейф носителей заряда
в полупроводниках
Материалы электронной техники и их электрофизические
свойства
где е – заряд электрона;
Е – напряженность электрического поля;
т – масса носителя.
Двигаясь без столкновений, носитель за время t приобретает скорость в направлении поля:
– средняя скорость, приобретаемая носителем;
– среднее время между столкновениями.
Слайд 37
Предмет электроники. Материалы электронной техники и их электрофизические
свойства
Дрейф носителей заряда
в полупроводниках
Материалы электронной техники и их электрофизические
свойства
Средняя скорость направленного движения свободных носителей заряда в кристалле, или скорость дрейфа, пропорциональна напряженности электрического поля. Коэффициент пропорциональности носит название подвижность
|μ| = [м2/(В·с)]
Плотность дрейфового тока электронов:
где n – концентрация свободных электронов.
Суммарная плотность дрейфового тока:
Слайд 38
Предмет электроники. Материалы электронной техники и их электрофизические
свойства
Диффузия носителей заряда в полупроводниках
Материалы электронной техники и их
электрофизические свойства
Рис. 1.22. Распределение молекул одеколона над каплей
Явление диффузии – от латинского diffusio (разлитие) – характерно не только для жидкостей и газов, но и для твердых тел.
Слайд 39
Предмет электроники. Материалы электронной техники и их электрофизические
свойства
Диффузия носителей заряда в полупроводниках
Материалы электронной техники и их
электрофизические свойства
Диффузионный поток:
D – коэффициент диффузии.
|П| = 1/(м2·с)
|D| = м2/с
где n – концентрация носителей;
Коэффициент диффузии зависит от:
l – длина свободного пробега молекул,
– тепловая скорость движения молекул,
– время между столкновениями.
Слайд 40
Предмет электроники. Материалы электронной техники и их электрофизические
свойства
Диффузия носителей заряда в полупроводниках
(продолжение)
Материалы электронной техники и их
электрофизические свойства
Точный расчет дает следующее соотношение:
Плотность диффузионного тока:
Чтобы вычислить диффузионный ток, необходимо знать коэффициенты диффузии электронов и дырок Dn и Dp.
Слайд 41
Предмет электроники. Материалы электронной техники и их электрофизические
свойства
Диффузия носителей заряда в полупроводниках
Материалы электронной техники и их
электрофизические свойства
Коэффициенты диффузии электронов и дырок Dn и Dp
Слайд 42
Предмет электроники. Материалы электронной техники и их электрофизические
свойства
Диффузия носителей заряда в полупроводниках
Материалы электронной техники и их
электрофизические свойства
Для полупроводника, содержащего свободные электроны и дырки, плотность суммарного диффузионного тока:
Слайд 43
Предмет электроники. Материалы электронной техники и их электрофизические
свойства
Плотность полного тока
Материалы электронной техники и их электрофизические свойства
В
большинстве полупроводниковых приборов величины токов обусловлены как дрейфовым, так и диффузионным перемещением свободных носителей заряда – электронов
и дырок:
Слайд 44
Предмет электроники. Материалы электронной техники и их электрофизические
свойства
Уравнение непрерывности
Материалы электронной техники и их электрофизические свойства
Закон сохранения
количества заряда:
Уравнения непрерывности:
где ρ – объемная плотность заряда.
Здесь первые члены в правых частях характеризуют процесс рекомбинации частиц (p и n – неравновесные концентрации, p0 и n0 – равновесные концентрации (концентрации акцепторов и доноров);
и – времена жизни неравновесных носителей заряда);
Gp и Gn характеризуют процессы генерации дырок и электронов под воздействием внешних факторов.
Слайд 45
Предмет электроники. Материалы электронной техники и их электрофизические
свойства
Уравнение непрерывности
(продолжение)
Материалы электронной техники и их электрофизические свойства
Слайд 46
Предмет электроники. Материалы электронной техники и их электрофизические
свойства
Уравнение непрерывности
(продолжение)
Материалы электронной техники и их электрофизические свойства
Уравнения непрерывности
в общем виде:
Уравнения непрерывности преобразуются в уравнения диффузии:
Слайд 47
Предмет электроники. Материалы электронной техники и их электрофизические
свойства
Явления в сильных электрических полях
Материалы электронной техники и их
электрофизические свойства
В слабых электрических полях, когда скорость направленного движения мала по сравнению с тепловой, наличие или отсутствие электрического поля не сказывается на характере столкновений носителей заряда с кристаллической решеткой. При этом подвижность является величиной форме: постоянной, не зависящей от напряженности электрического поля Е. Произведение представляет собой удельную электропроводность σ
и соответственно можно записать соотношение, известное как закон Ома в дифференциальной форме:
Во всех практически используемых полупроводниках при комнатной температуре подвижность в сильных полях падает с ростом напряженности электрического поля Е.
В очень сильных полях величина подвижности становится обратно пропорциональной напряженности поля: μ~1/Е. Это означает, что дрейфовая скорость носителей остается постоянной
υ = const.
Слайд 48
Предмет электроники. Материалы электронной техники и их электрофизические
свойства
Дрейф носителей заряда
в сильных электрических полях
Материалы электронной
техники и их электрофизические свойства
Зависимость скорости дрейфа носителей заряда
от напряженности электрического поля
в Ge (1), Si (2) и GaAs (3)
Слайд 49
Тема 2
p–n-переход. Полупроводниковые диоды
Лекция 4
Лекция 5
Выбор темы
Полупроводниковые
приборы: физические основы работы, характеристики, параметры, модели, применение
Слайд 50
2. p–n-переход
2.1. Механизм образования p–n-перехода
2.2. p–n-переход в равновесном
состоянии
2.3. Анализ неравновесного p–n-перехода
2.4. Вольт-амперная характеристика идеального диода
(формула Шокли)
2.5. p–n-переход при прямом и обратном напряжении. Механизмы пробоя
p–n-перехода (туннельный, лавинный, тепловой)
Полупроводниковые приборы: физические основы работы, характеристики, параметры, модели, применение
Тема 2
p–n-переход. Полупроводниковые диоды
Слайд 51
2.6. Разновидности полупроводниковых диодов
2.6.1. Выпрямительные полупроводниковые диоды.
Характеристики и
параметры. Влияние внешних условий на характеристики и параметры
2.6.2. Рабочий
режим диода на постоянном токе. Применение диодов для выпрямления переменного тока
2.6.3. Модели выпрямительных диодов
2.6.4. Стабилитроны. Характеристики, параметры, применение
2.6.5. Туннельный диод. Зонная диаграмма и ВАХ, применение
2.6.6. Варикап. Принцип работы, применение
2.6.7. Импульсные диоды. Принцип действия
Тема 2
p–n-переход. Полупроводниковые диоды
Полупроводниковые приборы: физические основы работы, характеристики, параметры, модели, применение
Слайд 52
p–n-переход. Полупроводниковые диоды
p–n-переход
Полупроводниковые приборы: физические основы работы,
характеристики, параметры, модели, применение
Контакт двух полупроводников одного вида с
разным типом проводимости называется электронно-дырочным или p–n-переходом
Условное обозначение (а) и структура (б) полупроводникового диода
Слайд 53
p–n-переход. Полупроводниковые диоды
Механизм образования p–n-перехода
Полупроводниковые приборы: физические
основы работы, характеристики, параметры, модели, применение
Зонная диаграмма полупроводников
и р–n-перехода
в равновесном состоянии
Слайд 54
p–n-переход. Полупроводниковые диоды
p–n-переход в равновесном состоянии
Полупроводниковые приборы:
физические основы работы, характеристики, параметры, модели, применение
Распределение концентрации примесей
(а), плотности объемного заряда (б), потенциала (в) и напряженности поля (г)
в ступенчатом n+–p-переходе
Слайд 55
p–n-переход. Полупроводниковые диоды
Анализ неравновесного р–n-перехода
Полупроводниковые приборы: физические основы
работы, характеристики, параметры, модели, применение
Смещение перехода в прямом (а)
и
обратном (б) направлениях
Избыточные концентрации на границах перехода:
Слайд 56
p–n-переход. Полупроводниковые диоды
Вольт-амперная характеристика
идеального диода (формула Шокли)
Полупроводниковые
приборы: физические основы работы, характеристики, параметры, модели, применение
Вольт-амперная характеристика
(ВАХ) идеального диода
с p–n-переходом, отражающая его основные свойства, была получена У. Шокли. ВАХ была рассчитана путем решения уравнения непрерывности, которое связывает концентрацию носителей заряда в любой части полупроводника с параметрами электрического поля в нем, скоростью генерации
и рекомбинации носителей заряда, процессом диффузии носителей и временем. Основными упрощениями, сделанными при построении математической модели диода, были следующие: толщина p-n-перехода равна нулю; генерационные и рекомбинационные процессы, как в области перехода, так
и в объеме полупроводника отсутствуют; отсутствуют явления пробоя p–n-перехода и поверхностные состояния;
не учитывается омическое сопротивление объема полупроводника.
Слайд 57
p–n-переход. Полупроводниковые диоды
Вольт-амперная характеристика
идеального диода (формула Шокли)
Полупроводниковые
приборы: физические основы работы, характеристики, параметры, модели, применение
Диффузионное приближение
Ln
= (Dn ·τn)1/2 – диффузионная длина,
Δn = n – n0 – избыточная концентрация
Если положить, что , то
Слайд 58
p–n-переход. Полупроводниковые диоды
Вольт-амперная характеристика
идеального диода (формула Шокли)
Полупроводниковые
приборы: физические основы работы, характеристики, параметры, модели, применение
Общее решение
уравнения диффузии
где коэффициенты А1 и А2 определяются из граничных условий.
При x→∞ Δn→0, т. е. вдали от инжектирующей поверхности избыточная концентрация отсутствует и полупроводник находится
в равновесном состоянии. При этом граничном условии А1 = 0
При x = 0 получаем А2 = Δn(0); следовательно, распределение избыточной концентрации экспоненциальное:
Из этого выражения следует, что на расстоянии диффузионной длины избыточная концентрация уменьшается в е раз.
Слайд 59
p–n-переход. Полупроводниковые диоды
Вольт-амперная характеристика
идеального диода (формула Шокли)
Полупроводниковые
приборы: физические основы работы, характеристики, параметры, модели, применение
Граничный градиент
концентрации носителей заряда
Градиент концентрации, а значит и диффузионный ток, спадают по мере удаления от инжектирующей поверхности. Градиент имеет максимальное (по модулю) значение при х = 0, т. е. на инжектирующей поверхности:
Слайд 60
p–n-переход. Полупроводниковые диоды
Вольт-амперная характеристика
идеального диода (формула Шокли)
Полупроводниковые
приборы: физические основы работы, характеристики, параметры, модели, применение
В общем
случае ток через переход состоит из электронной и дырочной составляющих, которые с учетом принятых упрощений являются чисто диффузионными .
Структура тока в p–n-переходе
в диффузионном приближении
Слайд 61
p–n-переход. Полупроводниковые диоды
Вольт-амперная характеристика
идеального диода (формула Шокли)
Полупроводниковые
приборы: физические основы работы, характеристики, параметры, модели, применение
Суммарная плотность
диффузионного тока:
;
Электронная и дырочная составляющие тока на границах перехода:
Суммируя плотности электронного и дырочного токов jn и jp, умножая их на площадь перехода S и опуская знак минус, получаем ВАХ p–n-перехода
IS – обратный ток насыщения диода
.
;
.
Слайд 62
p–n-переход. Полупроводниковые диоды
Вольт-амперная характеристика
идеального диода (формула Шокли)
Полупроводниковые
приборы: физические основы работы, характеристики, параметры, модели, применение
Статическая вольт-амперная
характеристика идеального диода
Слайд 63
p–n-переход. Полупроводниковые диоды
p–n-переход при прямом и обратном напряжении.
Механизмы пробоя p–n-перехода
(туннельный, лавинный, тепловой)
Полупроводниковые приборы: физические основы
работы, характеристики, параметры, модели, применение
Зонная диаграмма туннельного пробоя
Слайд 64
p–n-переход. Полупроводниковые диоды
Разновидности полупроводниковых диодов
Полупроводниковые приборы: физические основы
работы, характеристики, параметры, модели, применение
Прибор, который имеет два электрода
и один выпрямляющий
р–n-переход, называется полупроводниковым диодом.
Полупроводниковые диоды:
выпрямительные
импульсные
обращенные
туннельные
лавинно-пролетные
опорные или зенеровские (стабилитроны)
с регулируемой емкостью (варикапы) и т. д.
Слайд 65
p–n-переход. Полупроводниковые диоды
Выпрямительные полупроводниковые диоды. Характеристики и параметры.
Влияние внешних условий на характеристики и параметры
Полупроводниковые приборы: физические
основы работы, характеристики, параметры, модели, применение
Зависимость тока через диод от напряжения на диоде называется вольт-амперной характеристикой диода. Теоретическое описание BAX идеального диода
с p–n-переходом, полученное
У. Шокли:
где U – напряжение на
p–n-переходе диода;
IS – ток насыщения;
φТ = kT/q – тепловой потенциал
при T = 300 К, φТ = 25 мВ.
Статические вольт-амперные характеристики идеального p–n-перехода (а)
и реального диода (б)
Слайд 66
p–n-переход. Полупроводниковые диоды
Выпрямительные полупроводниковые диоды. Характеристики и параметры.
Влияние внешних условий на характеристики и параметры
Полупроводниковые приборы: физические
основы работы, характеристики, параметры, модели, применение
При положительных
и отрицательных напряжениях U, больших по модулю 0,1 В, ВАХ описывается упрощенным выражением:
При протекании большого прямого тока через диод падение напряжения возникает не только на p–n-переходе, но и на объемном сопротивлении полупроводника R. Реальная ВАХ описывается выражением
Статические вольт-амперные характеристики идеального p–n-перехода (а)
и реального диода (б)
Слайд 67
p–n-переход. Полупроводниковые диоды
Выпрямительные полупроводниковые диоды. Характеристики и параметры.
Влияние внешних условий на характеристики и параметры
Полупроводниковые приборы: физические
основы работы, характеристики, параметры, модели, применение
Параметры полупроводникового диода
Коэффициент выпрямления Kв, который определяется как отношение прямого тока к обратному при одинаковой (по модулю) величине прямого и обратного напряжений (например: ±0,01; ±0,1; ±1 В).
Для идеального диода Кв = 1 при U = ±0,01 В. При U = ±1 В Кв = 2,8·1020
Максимально допустимый прямой ток Iпр max, превышение которого приводит к недопустимому разогреву и тепловому пробою. Iпр max справочное значение.
Свойства полупроводниковых диодов сильно зависят от температуры.
Слайд 68
p–n-переход. Полупроводниковые диоды
Выпрямительные полупроводниковые диоды. Характеристики и параметры.
Влияние внешних условий на характеристики и параметры
Полупроводниковые приборы: физические
основы работы, характеристики, параметры, модели, применение
Параметры полупроводникового диода
(продолжение)
Максимально допустимое обратное напряжение Uобр max – важный предельный параметр выпрямительных диодов и составляет для диодов малой мощности десятки-сотни вольт.
Дифференциальное сопротивление диода:
Статическое сопротивление диода (сопротивление постоянному току):
Слайд 69
p–n-переход. Полупроводниковые диоды
Выпрямительные полупроводниковые диоды. Характеристики и параметры.
Влияние внешних условий на характеристики и параметры
Полупроводниковые приборы: физические
основы работы, характеристики, параметры, модели, применение
Зависимость дифференциального сопротивления диода ГД402
от величины прямого тока
Слайд 70
p–n-переход. Полупроводниковые диоды
Рабочий режим диода на постоянном токе.
Применение диодов для выпрямления переменного тока
Полупроводниковые приборы: физические основы
работы, характеристики, параметры, модели, применение
Схема включения диода с нагрузкой
и построение линии нагрузки
I = (Е – U)/Rн
Е = U + IRн
Слайд 71
p–n-переход. Полупроводниковые диоды
Рабочий режим диода на постоянном токе.
Применение диодов для выпрямления переменного тока
Полупроводниковые приборы: физические основы
работы, характеристики, параметры, модели, применение
Выпрямитель
Схема однополупериодного выпрямителя:
е – источник ЭДС, Тр – трансформатор, U1, U2 – напряжение
на первичной и вторичной обмотках трансформатора,
VD – выпрямительный диод, Rн – сопротивление нагрузки,
Uн – напряжение на нагрузке
Слайд 72
p–n-переход. Полупроводниковые диоды
Рабочий режим диода на постоянном токе.
Применение диодов для выпрямления переменного тока
Полупроводниковые приборы: физические основы
работы, характеристики, параметры, модели, применение
Выпрямитель
Форма напряжений на входе (а) и выходе (б) однополупериодного выпрямителя
Слайд 73
p–n-переход. Полупроводниковые диоды
Рабочий режим диода на постоянном токе.
Применение диодов для выпрямления переменного тока
Полупроводниковые приборы: физические основы
работы, характеристики, параметры, модели, применение
Важным параметром, характеризующим работу выпрямителя, является коэффициент пульсаций:
где UM1 – амплитуда первой гармоники переменного напряжения на нагрузке;
Uср – среднее значение напряжения на нагрузке.
Um1 = 0,5·Um = 1,57·Uср
kп = 1,57
– для однополупериодного выпрямителя
Слайд 74
p–n-переход. Полупроводниковые диоды
Рабочий режим диода на постоянном токе.
Применение диодов для выпрямления переменного тока
Полупроводниковые приборы: физические основы
работы, характеристики, параметры, модели, применение
Схема выпрямителя
со сглаживающим фильтром
Слайд 75
p–n-переход. Полупроводниковые диоды
Рабочий режим диода на постоянном токе.
Применение диодов для выпрямления переменного тока
Полупроводниковые приборы: физические основы
работы, характеристики, параметры, модели, применение
Рис. 2.14. Сглаживание пульсаций
с помощью конденсатора
Слайд 76
p–n-переход. Полупроводниковые диоды
Модели выпрямительных диодов
Полупроводниковые приборы: физические основы
работы, характеристики, параметры, модели, применение
Линейная (а) и нелинейная (б)
схемы замещения диода
Современные САПР (PSPICE, MICROCAP, OrCAD, DesignLab), как правило, имеют встроенные модели нелинейных компонентов,
в том числе диодов, которые позволяют моделировать поведение схемы в широком диапазоне изменения токов и напряжений.
Нелинейный зависимый источник описывается выражением:
Слайд 77
p–n-переход. Полупроводниковые диоды
Стабилитроны. Характеристики,
параметры, применение
Полупроводниковые приборы: физические основы
работы, характеристики, параметры, модели, применение
Стабилитрон – это полупроводниковый диод,
работающий в режиме электрического пробоя. Такой режим возникает при смещении
р–n-перехода в обратном направлении
Схематическое изображение (а)
и вольт-амперная характеристика (б) стабилитрона
Слайд 78
p–n-переход. Полупроводниковые диоды
Стабилитроны. Характеристики,
параметры, применение
Полупроводниковые приборы: физические основы
работы, характеристики, параметры, модели, применение
В качестве основного материала для
полупроводниковых стабилитронов используется кремний, обеспечивающий малую величину обратного тока (тока насыщения). В отличие от выпрямительных диодов, в стабилитроне p- и n-области сильно легированы. Это приводит к тому, что p–n-переход имеет малую ширину, а напряженность электрического поля в нем высокая и при приложении даже небольшого обратного напряжения возникает электрический пробой.
Механизм пробоя в полупроводниковых стабилитронах может быть туннельным, лавинным или смешанным.
Слайд 79
p–n-переход. Полупроводниковые диоды
Стабилитроны. Характеристики,
параметры, применение
Полупроводниковые приборы: физические основы
работы, характеристики, параметры, модели, применение
К параметрам стабилитрона, определяемым по
его ВАХ, относятся:
Uст nom – номинальное напряжение стабилизации, измеренное при некотором среднем (номинальном) токе стабилитрона Iст nom;
Uст min – минимальное напряжение стабилизации, измеренное
в начале прямолинейного участка обратной ветви ВАХ;
I ст min – минимальный ток, при котором измеряется U ст min;
Uст max – максимальное напряжение стабилизации при токе I ст max;
I ст max – максимально допустимый обратный ток стабилитрона, ограниченный предельно допустимой мощностью рассеяния на стабилитроне Р ст max.
Слайд 80
p–n-переход. Полупроводниковые диоды
Стабилитроны. Характеристики,
параметры, применение
Полупроводниковые приборы: физические основы
работы, характеристики, параметры, модели, применение
Один из важнейших параметров стабилитрона
– дифференциальное сопротивление – характеризует наклон его ВАХ в области пробоя:
Влияние температуры на характеристики стабилитрона оценивается температурным коэффициентом напряжения стабилизации (ТКН):
ТКН = ΔUст / (Uст⋅ ΔT).
Слайд 81
p–n-переход. Полупроводниковые диоды
Стабилитроны. Характеристики,
параметры, применение
Полупроводниковые приборы: физические основы
работы, характеристики, параметры, модели, применение
Схема включения стабилитрона:
Rб – балластное
(ограничительное) сопротивление, Евх – входное (нестабилизированное) напряжение,
Uст – выходное стабилизированное напряжение
Слайд 82
p–n-переход. Полупроводниковые диоды
Стабилитроны. Характеристики,
параметры, применение
Полупроводниковые приборы: физические основы
работы, характеристики, параметры, модели, применение
Эпюра изменения
входного напряжения (ЭДС)
источника
Слайд 83
p–n-переход. Полупроводниковые диоды
Стабилитроны. Характеристики,
параметры, применение
Полупроводниковые приборы: физические основы
работы, характеристики, параметры, модели, применение
Балластное (ограничительное) сопротивление:
где Еср
= 0,5⋅(Еmin + Emax) – среднее значение напряжения источника;
Iср= 0,5–(Imin + Imax) – средний ток стабилитрона; Iн = Uст /Rн – ток через нагрузку.
Стабилизация возможна только при соблюдении условия
ΔЕ ≤ (Imax – Imin ) ⋅ Rб.
Эффективность стабилизации напряжения характеризуется коэффициентом стабилизации:
Слайд 84
p–n-переход. Полупроводниковые диоды
Стабилитроны. Характеристики,
параметры, применение
Полупроводниковые приборы: физические основы
работы, характеристики, параметры, модели, применение
Второй возможный режим стабилизации, когда
входное напряжение источника стабильно, а сопротивление нагрузки меняется от Rн min до Rн mах. Для такого режима сопротивление балластного резистора Rб можно определить по формуле
Iн ср.= 0,5⋅(Iн min + Iн max),
Iн min = Uст /Rн max и,
Iн max = Uст /Rн min.
Слайд 85
p–n-переход. Полупроводниковые диоды
Туннельный диод.
Зонная диаграмма и ВАХ,
применение
Полупроводниковые приборы: физические основы работы, характеристики, параметры, модели, применение
Экспериментальное
открытие эффекта туннелирования
в полупроводниках связано с именами японского физика
Л. Эсаки
и американского ученого А. Джайвера (Нобелевская премия по физике 1973 г.)
Энергетические диаграммы p–n-перехода
в туннельном диоде при различных значениях приложенного напряжения
Слайд 86
p–n-переход. Полупроводниковые диоды
Полупроводниковые приборы: физические основы работы, характеристики,
параметры, модели, применение
Туннельный диод.
Зонная диаграмма и ВАХ, применение
Вольт-амперная
характеристика туннельного диода
В точке Б получается минимум тока и характеристика имеет падающий участок АБ, для которого характерно отрицательное сопротивление переменному току
Ri = ΔU/ Δi < 0
Слайд 87
p–n-переход. Полупроводниковые диоды
Туннельный диод.
Зонная диаграмма и ВАХ,
применение
Полупроводниковые приборы: физические основы работы, характеристики, параметры, модели, применение
Схема
включения
туннельного диода для генерации
Слайд 88
p–n-переход. Полупроводниковые диоды
Туннельный диод.
Зонная диаграмма и ВАХ,
применение
Полупроводниковые приборы: физические основы работы, характеристики, параметры, модели, применение
Простейшая
схема усилителя с туннельным диодом (а)
и график, поясняющий процесс усиления (б)
Слайд 89
p–n-переход. Полупроводниковые диоды
Туннельный диод.
Зонная диаграмма и ВАХ,
применение
Полупроводниковые приборы: физические основы работы, характеристики, параметры, модели, применение
Работа
туннельного диода в импульсном режиме
Слайд 90
p–n-переход. Полупроводниковые диоды
Туннельный диод.
Зонная диаграмма и ВАХ,
применение
Полупроводниковые приборы: физические основы работы, характеристики, параметры, модели, применение
Вольт-ампернная
характеристика
и условное графическое обозначение обращенного диода
Слайд 91
p–n-переход. Полупроводниковые диоды
Варикап. Принцип действия, применение
Полупроводниковые приборы: физические
основы работы, характеристики, параметры, модели, применение
Варикапы –
это плоскостные диоды, иначе называемые параметрическими, работающие при обратном напряжении, от которого зависит барьерная емкость. Таким образом, варикапы представляют собой конденсаторы переменной емкости, управляемые
не механически, а электрически,
т. е. изменением обратного напряжения.
Схема включения варикапа
в колебательный контур
в качестве конденсатора переменной емкости
Слайд 92
p–n-переход. Полупроводниковые диоды
Импульсные диоды
Полупроводниковые приборы: физические основы работы,
характеристики, параметры, модели, применение
Импульсный режим работы диода
Слайд 93
p–n-переход. Полупроводниковые диоды
Импульсные диоды
Полупроводниковые приборы: физические основы работы,
характеристики, параметры, модели, применение
Устройство мезадиода
1 – слой с электропроводностью
n-типа, полученный диффузией;
2 – вывод от n-области; 3 – участок, удаляемый травлением;
4 – основная пластинка полупроводника р-типа
Слайд 94
Тема 3
Биполярные транзисторы
Лекция 6
Лекция 7
Выбор темы
Полупроводниковые приборы:
физические основы работы, характеристики, параметры, модели, применение
Лекция 8
Лекция 9
Лекция
10
Слайд 95
3. Биполярные транзисторы
3.1. Структура и принцип действия биполярного
транзистора.
Схемы включения (ОЭ, ОБ, *ОК).
Статические ВАХ и
параметры для основных схем включения
3.2. Режимы работы биполярных транзисторов
3.3. Понятие о классах усиления. Работа БТ в ключевом режиме
3.4. Влияние внешних условий на характеристики и параметры БТ. Проблема стабилизации рабочей точки и усиления
3.5. *Источники собственных шумов в БТ
3.6. Модели биполярных транзисторов. Малосигнальные высокочастотные эквивалентные схемы БТ (П- и Т-образные). Модель Эберса – Молла. Понятие о нелинейных моделях БТ для высоких и сверхвысоких частот
Полупроводниковые приборы: физические основы работы, характеристики, параметры, модели, применение
Тема 3
Биполярные транзисторы
Слайд 96
Биполярные транзисторы
Биполярные транзисторы
Полупроводниковые приборы: физические основы работы, характеристики,
параметры, модели, применение
Полупроводниковый прибор, имеющий три электрода и два
взаимодействующих между собой p–n-перехода, называется биполярным транзистором.
Слайд 97
Биполярные транзисторы
Структура и принцип действия биполярного транзистора. Схемы
включения (ОЭ, ОБ, *ОК). Статические ВАХ
и параметры для основных
схем включения
Полупроводниковые приборы: физические основы работы, характеристики, параметры, модели, применение
Конструкция первого биполярного транзистора (а)
и первый промышленный образец (б)
Слайд 98
Биполярные транзисторы
Структура и принцип действия биполярного транзистора. Схемы
включения (ОЭ, ОБ, *ОК). Статические ВАХ
и параметры для основных
схем включения
Полупроводниковые приборы: физические основы работы, характеристики, параметры, модели, применение
Устройство, условное обозначение
и включение биполярных
транзисторов в активном режиме
Слайд 99
Биполярные транзисторы
Структура и принцип действия биполярного транзистора. Схемы
включения (ОЭ, ОБ, *ОК). Статические ВАХ
и параметры для
основных схем включения
Полупроводниковые приборы: физические основы работы, характеристики, параметры, модели, применение
Включение биполярного транзистора n–р–n-типа
по схеме с общим эмиттером
Слайд 100
Биполярные транзисторы
Структура и принцип действия биполярного транзистора. Схемы
включения (ОЭ, ОБ, *ОК). Статические ВАХ
и параметры для основных
схем включения
Полупроводниковые приборы: физические основы работы, характеристики, параметры, модели, применение
В зависимости от того, какие напряжения действуют на переходах, различают 3 режима работы транзистора:
активный режим работы или режим усиления, когда эмиттерный переход смещен в прямом направлении,
а коллекторный в обратном;
режим насыщения, когда оба перехода смещены в прямом направлении;
режим отсечки, когда оба перехода смещены в обратном направлении.
Режимы работы биполярного транзистора
Слайд 101
Биполярные транзисторы
Структура и принцип действия биполярного транзистора. Схемы
включения (ОЭ, ОБ, *ОК). Статические ВАХ
и параметры для основных
схем включения
Полупроводниковые приборы: физические основы работы, характеристики, параметры, модели, применение
Принцип работы биполярного транзистора заключается в том, что незначительный по величине ток базы Iб, возникающий при подаче прямого напряжения Uбэ на переход эмиттер-база, вызывает значительные изменения тока эмиттера Iэ и тока коллектора Iк
Iк = βст·Iб
βст – статический коэффициент передачи тока базы
Iк0 – обратный ток коллекторного перехода,
φТ – температурный потенциал
Iэ = Iк + Iб
Слайд 102
Биполярные транзисторы
Структура и принцип действия биполярного транзистора. Схемы
включения (ОЭ, ОБ, *ОК). Статические ВАХ
и параметры для основных
схем включения
Полупроводниковые приборы: физические основы работы, характеристики, параметры, модели, применение
Входные (а) и выходные (б) ВАХ
биполярного транзистора n-p-n-типа в схеме с общим эмиттером
Слайд 103
Биполярные транзисторы
Структура и принцип действия биполярного транзистора. Схемы
включения (ОЭ, ОБ, *ОК). Статические ВАХ
и параметры для основных
схем включения
Полупроводниковые приборы: физические основы работы, характеристики, параметры, модели, применение.
h11 = (ΔUбэ/ΔIб)|Uкэ = const
h21 = (ΔIк/ΔIб)|Uкэ = const
h12 = (ΔUбэ/ ΔUкэ)|Iб = const
h22 = (ΔIк/ΔUкэ)|Iб = const
kU = (ΔUкэ/ΔUбэ)
Слайд 104
Биполярные транзисторы
Структура и принцип действия биполярного транзистора. Схемы
включения (ОЭ, ОБ, *ОК). Статические ВАХ
и параметры для основных
схем включения
Полупроводниковые приборы: физические основы работы, характеристики, параметры, модели, применение
Включение
биполярного транзистора
n–р–n-типа по схеме с общей базой
Слайд 105
Биполярные транзисторы
Структура и принцип действия биполярного транзистора. Схемы
включения (ОЭ, ОБ, *ОК). Статические ВАХ
и параметры для основных
схем включения
Полупроводниковые приборы: физические основы работы, характеристики, параметры, модели, применение
Входные (а) и выходные (б) ВАХ
биполярного транзистора n-p-n-типа в схеме с общей базой
Слайд 106
Биполярные транзисторы
Структура и принцип действия биполярного транзистора. Схемы
включения (ОЭ, ОБ, *ОК). Статические ВАХ
и параметры для основных
схем включения
Полупроводниковые приборы: физические основы работы, характеристики, параметры, модели, применение
h11(об) = (ΔUэб/ΔIэ)|Uкб = const
h12(об) = (ΔUэб/ΔUкб)|Iэ = const
h21(об) = (ΔIк/ΔIэ)|Uкб = const
h22(об) = (ΔIк/ΔUкб)|Iэ = const
Слайд 107
Биполярные транзисторы
Структура и принцип действия биполярного транзистора. Схемы
включения (ОЭ, ОБ, *ОК). Статические ВАХ
и параметры для основных
схем включения
Полупроводниковые приборы: физические основы работы, характеристики, параметры, модели, применение
Включение
биполярного транзистора
n–р–n-типа по схеме с общим коллектором
Rвх = Uвх/Iб = (Uбэ+Uвых) / Iб
Ki = Iэ/Iб
KU = Uвых/(Uбэ+Uвых) < 1
Слайд 108
Биполярные транзисторы
Структура и принцип действия биполярного транзистора. Схемы
включения (ОЭ, ОБ, *ОК). Статические ВАХ
и параметры для основных
схем включения
Полупроводниковые приборы: физические основы работы, характеристики, параметры, модели, применение
Слайд 109
Биполярные транзисторы
Режимы работы биполярных транзисторов
Полупроводниковые приборы: физические основы
работы, характеристики, параметры, модели, применение
Типовая схема
усилительного каскада
с
общим эмиттером
Iк = (Ек – Uкэ)/Rк
Pвых = 0,5·Iк m ·Uкэ m
Pвх = 0,5·Iб m ·Uбэ m
Rвх = Uбэ m /Iб m
Rб = (Еб – Uбэ(0))/Iб(0)
KI = Iк m/Iб m
KU = Uкэ m /Uбэ m
Kp = KI ·KU
Слайд 110
Биполярные транзисторы
Режимы работы биполярных транзисторов
Полупроводниковые приборы: физические основы
работы, характеристики, параметры, модели, применение
К графоаналитическому методу расчета
и
анализу усилительного каскада на биполярном транзисторе
Слайд 111
Биполярные транзисторы
Понятие о классах усиления.
Работа БТ в
ключевом режиме
Полупроводниковые приборы: физические основы работы, характеристики, параметры, модели,
применение
Класс усиления А. Режим работы транзисторного каскада, при котором ток в выходной цепи транзистора протекает в течение всего периода изменения напряжения входного сигнала, называется режимом усиления класса А. Характерной чертой этого режима является выполнение условия ∆Iк < Iкп, для обеспечения которого напряжение Uсм применительно к схеме на рисунке должно быть положительным и превосходить максимальную амплитуду напряжения Uс .
Ток покоя коллектора:
Iкп = (Iк min + Iк max)/2.
Максимальная амплитуда выходного тока:
∆Iк max = (Iк max – Iк min)/2.
Слайд 112
Биполярные транзисторы
Понятие о классах усиления. Работа БТ
в ключевом
режиме
Полупроводниковые приборы: физические основы работы, характеристики, параметры, модели, применение
Класс
усиления В. Режим работы транзисторного каскада, при котором ток в выходной цепи транзистора протекает только в течение половины периода изменения напряжения входного сигнала, называется режимом усиления класса В. Данный режим соответствует выбору Uсм = 0. При этом Iкп = Iк min ≈ 0 и Uкэ п = Uп – Iк min Rк ≈ Uп . Мощность, рассеиваемая в каскаде при условии Uс = 0, практически также равна нулю, так как транзистор находится
в режиме отсечки.
Принципиальная схема двухтактного усилителя мощности (а) и временные диаграммы (б), поясняющие ее работу (VT1 – n–p–n,
VT2 – р–n–р)
Слайд 113
Биполярные транзисторы
Понятие о классах усиления.
Работа БТ в
ключевом режиме
Полупроводниковые приборы: физические основы работы, характеристики, параметры, модели,
применение
Класс усиления АВ. Режим работы транзисторного каскада, при котором ток в выходной цепи транзистора протекает больше половины периода изменения напряжения входного сигнала, называется режимом усиления класса АВ.
Класс усиления С. Режим работы транзисторного каскада, при котором ток в выходной цепи транзистора протекает на интервале меньшем половины периода изменения напряжения входного сигнала, называется режимом усиления класса С .
Класс усиления D. Режим работы транзисторного каскада, при котором в установившемся режиме усилительный элемент (биполярный транзистор) может находиться только в состоянии «Включено» (режим насыщения биполярного транзистора) или «Выключено» (режим отсечки биполярного транзистора), называется ключевым режимом или режимом усиления класса D.
Слайд 114
Биполярные транзисторы
Понятие о классах усиления.
Работа БТ в
ключевом режиме
Полупроводниковые приборы: физические основы работы, характеристики, параметры, модели,
применение
Основные параметры усилителей различных классов усиления
Слайд 115
Биполярные транзисторы
Влияние внешних условий на характеристики
и параметры БТ.
Проблема стабилизации
рабочей точки и усиления
Полупроводниковые приборы: физические основы работы,
характеристики, параметры, модели, применение
Влияние температуры
на выходные характеристики транзистора при включении его по схеме ОБ (а) и ОЭ (б)
Слайд 116
Биполярные транзисторы
Влияние внешних условий на характеристики
и параметры БТ.
Проблема стабилизации
рабочей точки и усиления
Полупроводниковые приборы: физические основы работы,
характеристики, параметры, модели, применение
Схемы стабилизации рабочего режима усилительного каскада на биполярном транзисторе
R1 ≈ (Eк – Uэ)/(Iб0 + Iд)
R2 ≈ Uэ/Iд
Rэ ≈ Uэ/Iэ0
Слайд 117
Биполярные транзисторы
Источники собственных шумов в БТ
Полупроводниковые приборы: физические
основы работы, характеристики, параметры, модели, применение
Флюктуации тока
Формула Найквиста
где
k – постоянная Больцмана,
Т – абсолютная температура.
Полный шум, возникающий
в транзисторе, имеет несколько составляющих:
тепловые шумы;
дробовые шумы;
шумы токораспределения;
рекомбинационные шумы.
F = 10 1gFш.
Коэффициент шума:
Слайд 118
Биполярные транзисторы
Источники собственных шумов в БТ
Полупроводниковые приборы: физические
основы работы, характеристики, параметры, модели, применение
Зависимость коэффициента шума транзистора
от частоты
Слайд 119
Биполярные транзисторы
Модели биполярных транзисторов. Малосигнальные высокочастотные эквивалентные схемы
БТ
(П- и Т-образные). Модель Эберса – Молла.
Понятие о нелинейных
моделях БТ
для высоких и сверхвысоких частот
Полупроводниковые приборы: физические основы работы, характеристики, параметры, модели, применение
Эквивалентная
Т-образная схема биполярного транзистора для области низких частот
Слайд 120
Биполярные транзисторы
Модели биполярных транзисторов. Малосигнальные высокочастотные эквивалентные схемы
БТ
(П- и Т-образные). Модель Эберса – Молла.
Понятие о нелинейных
моделях БТ
для высоких и сверхвысоких частот
Полупроводниковые приборы: физические основы работы, характеристики, параметры, модели, применение
Эквивалентная Т-образная схема биполярного транзистора
для области высоких частот
Слайд 121
Биполярные транзисторы
Модели биполярных транзисторов. Малосигнальные высокочастотные эквивалентные схемы
БТ
(П- и Т-образные). Модель Эберса – Молла.
Понятие о нелинейных
моделях БТ
для высоких и сверхвысоких частот
Полупроводниковые приборы: физические основы работы, характеристики, параметры, модели, применение
Эквивалентная схема
транзистора с использованием h-параметров
Слайд 122
Биполярные транзисторы
Модели биполярных транзисторов. Малосигнальные высокочастотные эквивалентные схемы
БТ
(П- и Т-образные). Модель Эберса – Молла.
Понятие о нелинейных
моделях БТ
для высоких и сверхвысоких частот
Полупроводниковые приборы: физические основы работы, характеристики, параметры, модели, применение
Модель
Эберса – Молла
Динамическая модель
Эберса – Молла
Уравнения Эберса – Молла:
I1 = Iэ0(exp(Uбэ/mφТ) – 1) ,
I2 = Iк0(exp(Uбэ/mφТ) – 1).
Слайд 123
Тема 4
Тиристоры и симисторы
Лекция 11
Выбор темы
Полупроводниковые приборы:
физические основы работы, характеристики, параметры, модели, применение
Слайд 124
4.1. Тиристоры и симисторы
Полупроводниковые приборы: физические основы работы,
характеристики, параметры, модели, применение
Тема 4
Тиристоры и симисторы
Слайд 125
Тиристоры и симисторы
Тиристоры и симисторы
Полупроводниковые приборы: физические
основы работы, характеристики, параметры, модели, применение
Тиристоры являются переключающими приборами.
Их название происходит от греческого слова thyra (тира), означающего «дверь», «вход».
Структура диодного тиристора (а)
и его эквивалентная схема в виде двух транзисторов (б)
Слайд 126
Тиристоры и симисторы
Тиристоры и симисторы
Полупроводниковые приборы: физические основы
работы, характеристики, параметры, модели, применение
Вольт-амперная характеристика диодного тиристора
Слайд 127
Тиристоры и симисторы
Тиристоры и симисторы
Полупроводниковые приборы: физические основы
работы, характеристики, параметры, модели, применение
Вольт-амперные характеристики
триодного тиристора
для
разных управляющих токов
Слайд 128
Тиристоры и симисторы
Тиристоры и симисторы
Полупроводниковые приборы: физические основы
работы, характеристики, параметры, модели, применение
Простейшая схема включения триодного тиристора
с
выводом от р-области
Слайд 129
Тиристоры и симисторы
Тиристоры и симисторы
Полупроводниковые приборы: физические основы
работы, характеристики, параметры, модели, применение
Вольт-амперная характеристика симметричного тиристора
Слайд 130
Тиристоры и симисторы
Тиристоры и симисторы
Полупроводниковые приборы: физические основы
работы, характеристики, параметры, модели, применение
Структура симметричного тиристора (а)
и
замена симметричного тиристора
двумя диодными тиристорами (б)
Слайд 131
Тиристоры и симисторы
Тиристоры и симисторы
Полупроводниковые приборы: физические основы
работы, характеристики, параметры, модели, применение
Условные графические обозначения различных тиристоров:
а – диодный тиристор, б и в – незапираемые триодные тиристоры
с выводом от р- и n-области, г и д – запираемые триодные тиристоры
с выводом от р- и n-области, е – симметричный тиристор
Слайд 132
Тиристоры и симисторы
Тиристоры и симисторы
Полупроводниковые приборы: физические основы
работы, характеристики, параметры, модели, применение
Генератор пилообразного напряжения с тиристором
Слайд 133
Тема 5
Полевые транзисторы
Лекция 12
Выбор темы
Полупроводниковые приборы: физические
основы работы, характеристики, параметры, модели, применение
Лекция 13
Лекция 14
Лекция 15
Слайд 134
5.1. Классификация полевых транзисторов. Принцип действия полевого транзистора
5.2.
Структура и принцип действия ПТ с управляющим
p–n-переходом и полевого
транзистора с барьером Шоттки. Статические ВАХ и параметры в схеме с общим истоком
5.3. Структура и принцип действия МОП-транзистора
5.4. Основные схемы включения ПТ. Применение полевых транзисторов в схемах усиления. Работа ПТ в импульсном режиме
5.5. Линейные и нелинейные модели ПТ для ВЧ и СВЧ
Полупроводниковые приборы: физические основы работы, характеристики, параметры, модели, применение
Тема 5
Полевые транзисторы
Слайд 135
Полевые транзисторы
Классификация полевых транзисторов. Принцип действия полевого транзистора
Полупроводниковые
приборы: физические основы работы, характеристики, параметры, модели, применение
Полевым транзистором
называется полупроводниковый прибор, управление током которого основано на зависимости электрического сопротивления токопроводящего слоя от напряженности поперечного электрического поля
В настоящее время существуют три основных разновидности полевых транзисторов:
полевые транзисторы с управляющим p–n-переходом;
полевые транзисторы со структурой металл – окисел – полупроводник или МОП-транзисторы;
полевые транзисторы с барьером Шоттки (ПТШ).
Слайд 136
Полевые транзисторы
Классификация полевых транзисторов. Принцип действия полевого транзистора
Полупроводниковые
приборы: физические основы работы, характеристики, параметры, модели, применение
Конструкция прибора,
запатентованного
Ю. Лилиенфельдом
Слайд 137
Полевые транзисторы
Классификация полевых транзисторов.
Принцип действия полевого транзистора
Полупроводниковые
приборы: физические основы работы, характеристики, параметры, модели, применение
Условные обозначения
различных типов полевых транзисторов
(И – исток, С – сток, З – затвор): 1, 2 – транзисторы с управляющим
p–n-переходом ( 1 – с n-каналом, 2 – с p-каналом); 3, 4 – МОП–транзисторы
со встроенным каналом ( 3 – с n-каналом, 4 – с p-каналом); 5, 6 – МОП-транзисторы с индуцированным каналом ( 5 – с n-каналом, 6 – с p-каналом);
7, 8 – транзисторы с барьером Шоттки ( 7 – с n-каналом, 8 – с p-каналом)
Слайд 138
Полевые транзисторы
Структура и принцип действия полевого транзистора с
управляющим p–n-переходом
и полевого транзистора с барьером Шоттки
Полупроводниковые приборы:
физические основы работы, характеристики, параметры, модели, применение
Структура полевого транзистора
с управляющим p–n-переходом
Структура полевого транзистора
с барьером Шоттки
Слайд 139
Полевые транзисторы
Структура и принцип действия полевого транзистора с
управляющим p–n-переходом
и полевого транзистора с барьером Шоттки
Полупроводниковые приборы: физические
основы работы, характеристики, параметры, модели, применение
Выходные (а) и передаточные (б) характеристики транзистора КП103М с каналом p-типа
Слайд 140
Полевые транзисторы
Структура и принцип действия полевого транзистора с
управляющим p–n-переходом
и полевого транзистора с барьером Шоттки
Полупроводниковые приборы: физические
основы работы, характеристики, параметры, модели, применение
Параметры полевого транзистора
Теоретическое описание ВАХ полевого транзистора
с управляющим p–n-переходом в области насыщения получено Уильямом Шокли:
где Ic max – максимальный ток стока при Uзи = 0, называемый также начальным током Ic.нач
Слайд 141
Полевые транзисторы
Структура и принцип действия полевого транзистора с
управляющим p–n-переходом
и полевого транзистора с барьером Шоттки
Полупроводниковые приборы: физические
основы работы, характеристики, параметры, модели, применение
Параметры полевого транзистора
На практике используют более простое описание ВАХ в области насыщения:
Ic = k(Uотс – Uзи)2,
где k = Ic.нач/U2отс – постоянный коэффициент, зависящий от геометрических и электрофизических параметров транзистора.
В линейной области ВАХ ПТ описывается выражением
Слайд 142
Полевые транзисторы
Классификация полевых транзисторов. Принцип действия полевого транзистора
Полупроводниковые
приборы: физические основы работы, характеристики, параметры, модели, применение
Параметры полевого
транзистора
Основной параметр ПТ – крутизна – характеризует усилительные свойства полевого транзистора в области насыщения и измеряется
в сименсах (Сим) или – как чаще принято называть – в миллиамперах на вольт:
S = (дIc /дUзи)|Uси = const.
Выходное (внутреннее) сопротивление Ri , называемое также дифференциальным сопротивлением, представляет сопротивление канала ПТ переменному току:
Ri = (дUcи /дIc)|Uзи = const.
Входное сопротивление:
Rвх = (дUзи/дIз)|Uси = const.
Слайд 143
Полевые транзисторы
Структура и принцип действия
МОП-транзистора
Полупроводниковые приборы: физические
основы работы, характеристики, параметры, модели, применение
Структура МДП-транзистора со встроенным n-каналом
Выходные (а) и передаточные (б) характеристики МОП-транзистора
со встроенным каналом
Слайд 144
Полевые транзисторы
Структура и принцип действия
МОП-транзистора
Полупроводниковые приборы: физические
основы работы, характеристики, параметры, модели, применение
Структура МДП-транзистора
с индуцированным n-каналом
Выходные (а) и передаточные (б) характеристики МОП-транзистора
с индуцированным каналом n-типа
Слайд 145
Полевые транзисторы
Основные схемы включения ПТ. Применение полевых транзисторов
в схемах усиления. Работа ПТ в импульсном режиме
Полупроводниковые приборы:
физические основы работы, характеристики, параметры, модели, применение
Схема усилительного каскада
с общим истоком на полевом транзисторе
Слайд 146
Полевые транзисторы
Основные схемы включения ПТ. Применение полевых транзисторов
в схемах усиления. Работа ПТ в импульсном режиме
Полупроводниковые приборы:
физические основы работы, характеристики, параметры, модели, применение
К графоаналитическому расчету и анализу режима усиления
полевого транзистора с управляющим p–n-переходом
Слайд 147
Полевые транзисторы
Основные схемы включения ПТ. Применение полевых транзисторов
в схемах усиления. Работа ПТ в импульсном режиме
Полупроводниковые приборы:
физические основы работы, характеристики, параметры, модели, применение
Статические состояния ключа
Ключ на основе
МДП-транзистора
с индуцированым p-каналом
Семейство выходных ВАХ
и нагрузочная характеристика ключа
Слайд 148
Полевые транзисторы
Основные схемы включения ПТ. Применение полевых транзисторов
в схемах усиления. Работа ПТ в импульсном режиме
Полупроводниковые приборы:
физические основы работы, характеристики, параметры, модели, применение
Процесс включения транзистора
Схема ключа на МДП-транзисторе с учетом паразитных емкостей
Слайд 149
Полевые транзисторы
Основные схемы включения ПТ. Применение полевых транзисторов
в схемах усиления. Работа ПТ в импульсном режиме
Полупроводниковые приборы:
физические основы работы, характеристики, параметры, модели, применение
Временные диаграммы
входного и выходного напряжений
Слайд 150
Полевые транзисторы
Линейные и нелинейные модели
полевых транзисторов для
ВЧ и СВЧ
Полупроводниковые приборы: физические основы работы, характеристики, параметры,
модели, применение
Малосигнальная
эквивалентная схема полевого транзистора
Слайд 151
Полевые транзисторы
Линейные и нелинейные модели
полевых транзисторов для
ВЧ и СВЧ
Полупроводниковые приборы: физические основы работы, характеристики, параметры,
модели, применение
Нелинейная схема замещения
полевого транзистора с управляющим p–n-переходом
Слайд 152
Тема 6
Фотоэлектрические и излучательные приборы
Лекция 16
Выбор темы
Полупроводниковые
приборы: физические основы работы, характеристики, параметры, модели, применение
Лекция 17
Слайд 153
6.1. Излучательная генерация и рекомбинация носителей заряда
в полупроводниках
под действием излучения
6.2. Фотосопротивления, фотодиоды, фотоэлементы, фототранзисторы, фототиристоры, оптроны:
характеристики, параметры, применение
6.3. Гетеропереходы. Зонная модель и инжекционные свойства гетеропереходов
6.4. *Приборы на основе гетеропереходов: светодиоды, полупроводниковые лазеры, фотоэлектрические приемники
Полупроводниковые приборы: физические основы работы, характеристики, параметры, модели, применение
Тема 6
Фотоэлектрические и излучательные приборы
Слайд 154
Излучательная генерация и рекомбинация носителей заряда в полупроводниках
под действием излучения
Фотоэлектрические и излучательные приборы
Полупроводниковые приборы: физические основы
работы, характеристики, параметры, модели, применение
Слайд 155
Фотосопротивления, фотодиоды, фотоэлементы, фототранзисторы, фототиристоры, оптроны: характеристики, параметры,
применение
I
Ф
U = const
I
Ф = const
Вольт-амперная (а) и энергетическая (б)
характеристики
фоторезистора
U
а б
Устройство и схема
включения фоторезистора
Фотоэлектрические и излучательные приборы
Полупроводниковые приборы: физические основы работы, характеристики, параметры, модели, применение
Слайд 156
Фотосопротивления, фотодиоды, фотоэлементы, фототранзисторы, фототиристоры, оптроны: характеристики, параметры,
применение
Rн
Е
Схема включения
фотодиода для работы
в фотодиодном режиме
Ф2 > Ф1
Ф1
> 0
Ф = 0
I
Ф3 > Ф2
Вольт-амперные характеристики фотодиода
для фотодиодного режима
U
U = 50 B
I0
I
Ф
U = 10 B
Энергетические
характеристики фотодиода
Фотоэлектрические и излучательные приборы
Полупроводниковые приборы: физические основы работы, характеристики, параметры, модели, применение
Слайд 157
Фотосопротивления, фотодиоды, фотоэлементы, фототранзисторы, фототиристоры, оптроны: характеристики, параметры,
применение
Фотоэлектрические и излучательные приборы
Полупроводниковые приборы: физические основы работы, характеристики,
параметры, модели, применение
Слайд 158
Фотосопротивления, фотодиоды, фотоэлементы, фототранзисторы, фототиристоры, оптроны: характеристики, параметры,
применение
Э
К
Rн
–
Е
+
Б
р
р
n
Ф
Структура и схема включения
фототранзистора со «свободной» базой
Uкэ
Ф2 >
Ф1
Ф1 > 0
Ф = 0
iк
Ф3 > Ф2
Выходные характеристики
фототранзистора
Фотоэлектрические и излучательные приборы
Полупроводниковые приборы: физические основы работы, характеристики, параметры, модели, применение
Слайд 159
Фотосопротивления, фотодиоды, фотоэлементы, фототранзисторы, фототиристоры, оптроны: характеристики, параметры,
применение
Ф
– E +
Rн
П1
П2
П3
p2
n2
p1
n1
Структура и схема
включения фототиристора
Uвкл3 Uвкл2 Uвкл1
U
i
Ф3 > Ф2
Ф2 > 0
Ф1 = 0
. Вольт-амперная
характеристика фототиристора
Фотоэлектрические и излучательные приборы
Полупроводниковые приборы: физические основы работы, характеристики, параметры, модели, применение
Слайд 160
Фотосопротивления, фотодиоды, фотоэлементы, фототранзисторы, фототиристоры, оптроны: характеристики, параметры,
применение
1
1 2
2 3
Оптопары
с открытым оптическим каналом:
1 – излучатель; 2 – фотоприемник; 3 – объект
Различные типы оптопар
Фотоэлектрические и излучательные приборы
Полупроводниковые приборы: физические основы работы, характеристики, параметры, модели, применение
Слайд 161
Зонная модель и инжекционные свойства гетеропереходов
n – GaAs
p – Ge
ΔEc
ΔEv
Прямое смещение
Инжекция электронов
Ec
Ef
Ev
Фотоэлектрические и излучательные приборы
Полупроводниковые приборы: физические основы работы, характеристики, параметры, модели, применение
Слайд 162
Тема 7
Основы технологии микроэлектронных изделий. Базовые ячейки
аналоговых
и цифровых интегральных схем
Лекция 18
Выбор темы
Основы технологии микроэлектронных изделий
и элементы интегральных схем
Лекция 19
Слайд 163
7.1. Предмет микроэлектроники. Классификация интегральных схем
7.2. Технология полупроводниковых
интегральных схем
7.2.1. Подготовительные операции
7.2.2. Эпитаксия
7.2.3. Термическое окисление
7.2.4. Легирование
7.2.5. Травление
7.2.6.
Техника масок
7.2.7. Нанесение тонких пленок
7.2.8. Металлизация
7.2.9. Сборочные операции
7.3. Технология тонкопленочных гибридных интегральных схем
7.4. Технология толстопленочных гибридных интегральных схем
Тема 7
Основы технологии микроэлектронных изделий. Базовые ячейки аналоговых
и цифровых интегральных схем
Основы технологии микроэлектронных изделий и элементы интегральных схем
Слайд 164
Основы технологии микроэлектронных изделий. Базовые ячейки аналоговых и
цифровых интегральных схем
Подготовительные операции
Основы технологии микроэлектронных изделий и элементы
интегральных схем
Схема выращивания монокристаллов методом Чохральского: 1 – тигель;
2 – расплав полупроводника;
3 – монокристалл выращиваемого полупроводника; 4 – затравка;
5 – катушка высокочастотного индуктора
Слайд 165
Подготовительные операции
Основы технологии микроэлектронных изделий и элементы интегральных
схем
Основы технологии микроэлектронных изделий. Базовые ячейки аналоговых и цифровых
интегральных схем
Слайд 166
Эпитаксия
Основы технологии микроэлектронных изделий и элементы интегральных схем
Эпитаксией
называют процесс наращивания монокристаллических слоев на подложку, при котором кристаллографическая
ориентация наращиваемого слоя повторяет кристаллографическую ориентацию подложки.
Схема хлоридного процесса эпитаксии: 1 – кварцевая труба;
2 – катушка ВЧ-нагрева; 3 – тигель с пластинами; 4 – пластина кремния;
5 – вентиль для перекрытия соответствующего газа; 6 – измеритель скорости потока
Основы технологии микроэлектронных изделий. Базовые ячейки аналоговых и цифровых интегральных схем
Слайд 167
Основы технологии микроэлектронных изделий и элементы интегральных схем
Примеры
эпитаксиальных структур:
а – пленка n-типа на n+-подложке;
б
– пленка р+-типа на n-подложке;
в – пленка n-типа на p-подложке
Основы технологии микроэлектронных изделий. Базовые ячейки аналоговых и цифровых интегральных схем
Слайд 168
Термическое окисление
Основы технологии микроэлектронных изделий и элементы интегральных
схем
Окисление кремния – один из самых характерных процессов
в технологии
современных ИС. Получаемая при этом пленка двуокиси кремния (Si02) выполняет несколько важных функций, в том числе:
функцию защиты – пассивации поверхности и, в частности, защиты вертикальных участков p-n-переходов, выходящих на поверхность;
функцию маски, через окна которой вводятся необходимые примеси;
функцию диэлектрика под затвором МОП-транзистора.
Основы технологии микроэлектронных изделий. Базовые ячейки аналоговых и цифровых интегральных схем
Слайд 169
Термическое окисление
Основы технологии микроэлектронных изделий и элементы интегральных
схем
Функции двуокисной пленки кремния:
а – пассивация поверхности; б
– маска для локального легирования; в – тонкий подзатворный окисел
Основы технологии микроэлектронных изделий. Базовые ячейки аналоговых и цифровых интегральных схем
Слайд 170
Легирование
Основы технологии микроэлектронных изделий и элементы интегральных схем
Внедрение
примесей в исходную пластину (или в эпитаксиальный слой) путем
диффузии при высокой температуре является исходным
и до сих пор основным способом легирования полупроводников с целью создания диодных и транзисторных структур.
Основы технологии микроэлектронных изделий. Базовые ячейки аналоговых и цифровых интегральных схем
Слайд 171
Легирование
Основы технологии микроэлектронных изделий и элементы интегральных схем
Схема
двухзонной диффузионной печи:
1 – кварцевая труба; 2 –
поток газа-носителя; 3 – источник диффузанта;
4 – пары источника диффузанта; 5 – тигель с пластинами;
6 – пластина кремния; 7 – первая высокотемпературная зона;
8 – вторая высокотемпературная зона
Основы технологии микроэлектронных изделий. Базовые ячейки аналоговых и цифровых интегральных схем
Слайд 172
Травление
Основы технологии микроэлектронных изделий и элементы интегральных схем
Локальное
травление кремния: а – изотропное; б – анизотропное
Основы технологии
микроэлектронных изделий. Базовые ячейки аналоговых и цифровых интегральных схем
Слайд 173
Техника масок
Основы технологии микроэлектронных изделий и элементы интегральных
схем
Фотолитография
Фрагмент фотошаблона
Этапы процесса фотолитографии:
а – экспозиция
фоторезиста через фотошаблон; б – локальное травление двуокиси кремния через фоторезистную маску;
в – окисная маска после удаления фоторезиста
Основы технологии микроэлектронных изделий. Базовые ячейки аналоговых и цифровых интегральных схем
Слайд 174
Нанесение тонких пленок
Основы технологии микроэлектронных изделий и элементы
интегральных схем
Основы технологии микроэлектронных изделий. Базовые ячейки аналоговых и
цифровых интегральных схем
Слайд 175
Нанесение тонких пленок
Основы технологии микроэлектронных изделий и элементы
интегральных схем
Схема установки ионно-плазменного напыления
Основы технологии микроэлектронных изделий.
Базовые ячейки аналоговых и цифровых интегральных схем
Слайд 176
Металлизация
Основы технологии микроэлектронных изделий и элементы интегральных схем
Получение
металлической разводки методом фотолитографии
Основы технологии микроэлектронных изделий. Базовые
ячейки аналоговых и цифровых интегральных схем
Слайд 177
Металлизация
Основы технологии микроэлектронных изделий и элементы интегральных схем
Многослойная
металлическая разводка
Основы технологии микроэлектронных изделий. Базовые ячейки аналоговых
и цифровых интегральных схем
Слайд 178
Сборочные операции
Основы технологии микроэлектронных изделий и элементы интегральных
схем
Основы технологии микроэлектронных изделий. Базовые ячейки аналоговых и цифровых
интегральных схем
Слайд 179
Сборочные операции
Основы технологии микроэлектронных изделий и элементы интегральных
схем
Монтаж кристалла
на ножке корпуса
Основы технологии микроэлектронных изделий. Базовые
ячейки аналоговых и цифровых интегральных схем
Слайд 180
Тема 8
Основные типы электровакуумных приборов,
их принципы работы
и применение
Лекция 24
Выбор темы
Приборы вакуумной электроники. Перспективы развития электроники
Лекция
25
Слайд 181
8.1. Электровакуумные приборы – общие сведения, классификация
8.2. Физические
основы работы электровакуумных приборов
8.3. Приборы на основе термоэлектронной эмиссии
8.4.
Приборы на основе автоэлектронной эмиссии
Тема 8
Основные типы электровакуумных приборов,
их принципы работы и применение
Приборы вакуумной электроники. Перспективы развития электроники
Слайд 182
Основные типы электровакуумных приборов, их принципы работы и
применение
Электровакуумные приборы:
общие сведения, классификация
Приборы вакуумной электроники. Перспективы развития электроники
Электровакуумными
приборами (ЭВП) называют приборы,
в которых рабочее пространство, изолированное газонепроницаемой оболочкой, имеет высокую степень разрежения или заполнено специальной средой (пары или газы) и действие которых основано на использовании электрических явлений в вакууме или газе.
Слайд 183
Основные типы электровакуумных приборов, их принципы работы и
применение
Электровакуумные приборы:
общие сведения, классификация
Приборы вакуумной электроники. Перспективы развития электроники
Слайд 184
Основные типы электровакуумных приборов, их принципы работы и
применение
Физические основы работы электровакуумных приборов
Приборы вакуумной электроники. Перспективы развития
электроники
Потенциальный барьер на границе металл–вакуум:
1 – потенциал сил зеркального изображения,
2 – потенциальный барьер
в сильном электрическом поле.
Уровень Ферми – энергия, соответствующая максимальной энергии электрона в металле при температуре абсолютного нуля
Слайд 185
Основные типы электровакуумных приборов, их принципы работы и
применение
Приборы на основе
автоэлектронной эмиссии
Приборы вакуумной электроники. Перспективы развития электроники
Схематическое
изображение
автоэмиссионного катода Спиндта
Слайд 186
Основные типы электровакуумных приборов, их принципы работы и
применение
Приборы на основе
автоэлектронной эмиссии
Приборы вакуумной электроники. Перспективы развития электроники
Конструкция
полевого эмиссионного дисплея
с катодами острийного типа
Конструкция
полевого эмиссионного дисплея
с катодами планарного типа
Слайд 187
Тема 9
Перспективы развития электроники. Наноэлектроника – исторический
этап
развития электроники
Лекция 26
Выбор темы
Приборы вакуумной электроники. Перспективы развития электроники
Слайд 188
9.1. Перспективы развития электроники
9.2. Квантовые основы наноэлектроники
9.3. Технологические особенности
формирования наноструктур и элементы наноэлектроники
Тема 9
Перспективы развития электроники.
Наноэлектроника – исторический
этап развития электроники
Приборы вакуумной электроники. Перспективы развития электроники
Слайд 189
Перспективы развития электроники
Приборы вакуумной электроники. Перспективы развития электроники.
Эволюция
элементной базы электроники
Перспективы развития электроники
Слайд 190
Квантовые основы наноэлектроники
Приборы вакуумной электроники. Перспективы развития электроники
Туннелирование
электрона через потенциальный барьер
Одноэлектронное туннелирование
в условиях кулоновской блокады
Перспективы
развития электроники
Слайд 191
Технологические особенности
формирования наноструктур
Приборы вакуумной электроники. Перспективы развития
электроники
Нанотехнологическая установка:
а – схема нанотехнологической установки на основе туннельного
микроскопа; 1 – подложка, 2 – зонд, З – источник питания, 4 – зазор между зондом и подложкой,
5 – усилитель туннельного тока,
6 – динамический регулятор зазора на основе пьезоманипуляторов,
7 – приспособление для напуска газообразных и жидких реактивов,
8 – система прецизионного позиционирования подложки
Перспективы развития электроники
