- •14. Технологический процесс изготовления моп-транзистора.
- •15. Полупроводниковые приборы с отрицательным сопротивлением.
- •16. Динамические параметры логических микросхем.
- •17. Вольтамперная характеристика р-п перехода.
- •18. Туннельный диод. Принцип работы.
- •19. Классификация интегральных микросхем и транзисторов.
- •20. Способы включения биполярного транзистора и их конструктивные решения.
- •22. Основные этапы технологического процесса изготовления биполярных интегральных схем.
- •23. Простейший ттл (ттлш) вентиль. Принцип работы.
- •24. Конструкция и принцип работы многоэмиттерного транзистора.
- •25. Закон Мура. Степень интеграции интегральных схем.
- •26. Диод Шоттки. Принцип работы. Технология изготовления.
- •27. Вертикальная структура транзистора Шоттки.
- •28. Работа биполярного транзистора в ключевом режиме
- •29. 0Сновные схемы включения биполярного транзистора.
- •30. .Конструкция конденсатора в интегральном исполнении.
- •31. Структура интегрального резистора
- •32. 3Акон Мура. Степень интеграции интегральных микросхем.
- •33. 3Акон Мура…
- •34.Многослойные полупроводниковые структуры
- •35.Технологический маршрут изготовления моп - транзистора.
- •36.Билолярный транзистор с диодом Шоттки. Принцип работы.
- •37.Инжекционный вентиль. Принцип работы.
- •38. Зависимость коэффициента биполярного транзистора от коллекторного тока.
- •39.Технология изготовления и основные параметры полевого транзистора.
- •40.Высоколомехоустойчивая логика. Принцип работы.
- •41.Ттл (ттлш) - вентиль. Принцип работы.
- •42.0Собснности обратной характеристики р-n перехода.
- •43.Принцип работы транзистора в инверсном режиме и его конструкция.
- •44.Классификация полупроводниковых диодов.
- •45.Технологический процесс изготовления биполярного транзистора с диодом Шоттки.
- •46.Модель Эберса - Молла.
- •47.Классификация интегральных микросхем и дискретных приборов.
- •52.Эквивалентная схема интегрального резистора.
- •53.Система параметров светоизлучающего диода.
- •54.Работа биполярного транзистора в ключевом режиме.
- •55.Вольтамперная характеристика р-n перехода и диода Шоттки.
- •56.Способы включения биполярного транзистора.
- •57.Расчет параметров интегрального резистора.
- •58.Система электрических параметров логических схем.
- •59.Технологический процесс изготовления полевого транзистора.
- •60.Система статических и динамических параметров интегральных схем.
- •61 .Зависимость параметров биполярного транзистора от температуры.
- •62.Первый и второй закон Мура.
- •63 .Зависимость параметров полевого транзистора от температуры.
- •64.Способы включения полевого транзистора.
- •65.Структура интегрального конденсатора, изготовленного по биполярному технологическому процессу и его параметры.
- •66.Структура интегрального конденсатора, изготовленного в моп - техпроцессе и его параметры.
- •67.Основные параметры моп - транзисторов.
- •69.Классификация моп - транзисторов.
- •70. Понятие «жизненного» цикла полупроводниковых изделий.
- •Структура жизненного цикла изделия
- •Границы стадий жизненного цикла изделия
17. Вольтамперная характеристика р-п перехода.
Вольт- амперная характеристика p-n-перехода представляет собой зависимость тока через p-n-переход от величины и полярности приложенного напряжения. При выводе вольт- амперной характеристики можно предположить, что токи неосновных носителей заряда через переход с изменением полярности и величины приложенного напряжения не изменяются. Токи основных носителей меняются существенно и при приложении обратного напряжения резко уменьшаются. Токи основных носителей можно рассматривать как токи эмиссии зарядов через контактный слой , скачок потенциальной энергии на котором равен работе выхода электрона. При этом предположении токи основных носителей с увеличением обратного напряжения будут уменьшаться по экспоненциальному закону . Плотность тока основных носителей можно записать так:
Если прикладывать прямое напряжение, высота барьера уменьшается и токи основных носителей будут экспоненциально возрастать . Плотность полного тока через переход будет равна
где I0 — обратный ток, называемый тепловым током , или током насыщения :
По своей физической природе он представляет собой ток экстракции , следовательно, величина его очень мала. Вольт- амперная характеристика, соответствующая этому вы-ражению , показана на рис.
При T =300К величина , поэтому при относительно небольшом прямом напряжении ток через переход резко воз-растает. При подаче обратного напряжения ток, изменив направление, быстро достигает значения I0 , а далее остается постоянным независимо от величины приложенного напряжения.
Реальная характеристика p-n-перехода отличается от теоретической ( рис. 2.). Эти различия обусловлены термогенерацией носителей в запирающем слое перехода , падением напряжения на сопротивлениях областей полупроводника, а также явлением пробоя при обратном напряжении.
18. Туннельный диод. Принцип работы.
Принцип работы туннельного диода (TД ) основан на явлении туннельного эффекта в p-n-переходе, образованном вырожденными полупроводниками. Это приводит к появлению на вольт- амперной характеристике участка с отрицательным дифференциальным сопротивлением при прямом напряжении. Концентрация примесей в p- и n- областях выбирается порядка
1020см-3, следствием чего является малая толщина перехода ( порядка 0,01 мкм ). Локальные уровни примесей образуют в вырожденных полупроводниках сплошную зону . Уровни Ферми
WFp , WFn располагаются соответственно в валентной зоне p-области и в зоне проводимости n-области. В состоянии термодинамического равновесия зона проводимости n-полупроводника и валентная зона p-полупроводника перекрываются на величину
Известно , что частица, имеющая энергию , недостаточную для преодоления потенциального барьера, может пройти сквозь него , если с другой стороны этого барьера имеется свободный энергетический уровень, который она занимала перед барьером . Это явление называется туннельным эффектом. Чем уже потенциальный барьер и чем меньше его высота , тем больше вероятность туннельного перехода . Туннельный переход совершается без затраты энергии. Вольт-амперная характеристика туннельного диода показана на рис.
Для рассмотрения влияния туннельного эффекта на вольтамперные характеристики диода необходимо привести энергетические диаграммы
p-n- перехода для различных значений приложенного напряжения ( рис. 2.26, б-з). При построении зонных диаграмм предполагаем , что все энергетические уровни в зоне проводимости от дна зоны до уровня Ферми заполнены электронами , а все уровни выше уровня Ферми свободны ( нет штриховки). В валентной зоне p-области все энергетические уровни от потолка зоны до уровня Ферми считаем свободными от электронов , а все уровни ниже уровня Ферми заполненными. Исходя из этого, при U =0 ток через диод протекать не будет, т .к . свободным уровням в одной области соответствуют на той же высоте свободные уровни в другой области. При увеличении прямого напряжения 0 <U <U1 уровень Ферми в n-области выше, чем в p-области и поток электронов переходит из n-области в p-область. Величина этого прямого тока определяется степенью перекрытия свободных уровней в валентной зоне и заполненных уровней в зоне проводимости. С увеличением прямого напряжения это перекрытие расширяется и при U =U1 туннельный ток достигает максимального значения . При дальнейшем росте прямого напряжения U >U1 туннельный ток начинает убывать, т .к . перекрытие уровней сокращается и уменьшается число переходов электронов в p-область. При напряжении U = U2 потолок валентной зоны совпадает с дном зоны проводимости, перекрытие зон прекращается и туннельный ток становится равным нулю.
При этом напряжении появляется обычный диффузионный ток инжекции через p-n- переход. С увеличением прямого напряжения U > U2 прямой ток будет возрастать , как и в обычных выпрямительных диодах.
При обратном напряжении U < 0 опять возникают условия для туннельного перехода электронов с заполненных уровней валентной зоны p-области на свободные уровни зоны проводимости n-области. Через диод потечёт обратный ток в направлении от n-области к p-области. Туннельный диод обладает относительно высокой проводимостью при обратном напряжении.
Таким образом, туннельный диод обладает отрицательным дифференциальным сопротивлением в некотором диапазоне прямых напряжений, что позволяет использовать его для генерации и усиления колебаний , а также в переключающих схемах.
Достоинством туннельных диодов являются высокие рабочие частоты, вплоть до СВЧ , низкий уровень шумов , высокая температурная устойчивость , большая плотность тока(103-104А/см2) .
Как недостаток следует отметить малую отдаваемую мощность из - за низких рабочих напряжений и сильную электрическую связь между входом и вы-ходом , что затрудняет их использование.
Разновидностью туннельных диодов являются обращенные диоды , изготовляемые на основе полупроводника с концентрациями примесей в р - и n - областях диода, меньших , чем в туннельных, но больших , чем в обычных выпрямительных диодах.
Параметры туннельных диодов
Пиковый ток Iп ( от сотен микроампер – до сотен миллиампер).
Напряжение пика U п – прямое напряжение, соответствующее току Iп .
Ток впадины Iв , соответствующий напряжению Uв .
Напряжение впадины – прямое напряжение, соответствующее току Iв .
Отношение токов Iп/Iв. Для туннельных диодов из GaAs отношение Iп/Iв ≥10 , для германия равно 3-6.
Напряжение раствора Uр – прямое напряжение, соответствующее типовому току на второй восходящей ветви ВАХ, определяет возможный скачок напряжения на нагрузке при работе туннельного диода в схеме переключения.
Отрицательное дифференциальное сопротивление Rдиф=dU/dI, определяемое на середине падающего участка BAX.
Удельная емкость Сд/ Iп – отношение емкости туннельного диода к пиковому току .
Предельная резистивная частота fr – частота, на которой активная составляющая полного сопротивления диода обращается в нуль .
Резонансная частота f0 – частота, на которой реактивная составляющая полного сопротивления обращается в нуль .