Микроэлектроника – научная техническая отрасль, называющая с помощью комплекта технологических, конструктивных и схематических средств создавать малогабаритные, высоконадежные и экономичные электронные устройства.

Микроэлектроника: физика, технология,схематехника.

Микроэлектроника является одной из самых развивающихся областей науки и техники и в значении степени влияет на экономическое развитие общества. Основой почти всех устройств является интегральные схемы.

Интегральная схема это еденица в которой элементы неразрывно связано между собой и представляют единое целое. Интегральные схемы являются базой электронных схем позволяют реализовать подавляющее большинство электронных функций, причем рассматриваются сферы применения улучшения сложности и качества.

Одним из оценочных критериев является степень интеграции схемы выступают полупроводниковые элементы-транзисторы.

Кроме степени интеграции могут классифицироваться на 2 класса

1)цифровой

2)аналоговые

Микроэлектроника охватывает весь процесс создания микроэлектронной аппаратуры начиная от этапов разработки и изготовления интегральной схемы и заканчивая этапами проэктирования, реализации и обеспечивания безотносительно сложных электрических систем. Технологические методы направлены на создание элементов аппаратуры (разработка, изготовление, контроль)ж

Такое многообразие процессов и задач указывает на универсальный характер.

Основные принципы является использование групповых, хорошо контролированных и автоматизированных методов,названы повысить качествотехнологичности и надежности аппаратуры, за счет интеграции компонентов и технических процессов. Применение групповых технических методов делает оправданных использование различных форм, схемы контрольной избыточности, вводимых с целью улучшения техники—эконом. Аппаратуры , и повышение ее надежности. Таким образом микроэлектроника как сфера научной и технической дейтельности охватывает весь целиком изготовленный э.с. цельмикроэлектроники как отрасль технической является создание аппаратуры на техническом условие обеспечивающих интеграцию и унификацию функций.

Современные этып является этап использования микросхем где является повышение степени интеграции и снижение стоймости.

Рисунок б

Структура кристала кремния с примесью фосфора , в которых 4 электрона фосфора и электроны 4 соседних атомов кремния образуют 4 связанных пары, 5 электрон фосфора оказывается избыточным. При незначительном воздействии энергии от внешних источников (теплавая, световая) избыточный электрон теряет связь с атомом фосфора и становиться свободным электроном. Атом фосфора потеряв электрон становиться положительным ионом. Такой полупроводник называют полупроводником с электронной электропроводностью или полупроводником n - типа.

Рисунок в

Если в какчествые примесей используется индий имеющий 3 валентных электрона в электронной структуре кремния одна связь атома индия с 4 соседними атомами кремния не доукомплектована и в кристалле образуется дырка. Для образования устойчивой структуры кристалла требуется дополнительный электрон. Тепловой энергии комнатной температуре достаточно для того чтобы атом индия захватил 1 электрон из соседней валентной связи. При этом атом индия превращается в устойчивый неподвижный отрицательный ион а дырка перемещается на место захваченного электрона. На место новой образовавшейся дырки может переместиться электрон из соседней валентной связи…с электорофизической точки зрения как хаотичное движение дырок с положительным зарядом равным заряду проводников. Такой полупроводник называется полупроводником с дырочное электропроводностью (полупроводник P типа).

p\n переход и его свойства

Принцип большинства полупроводник приборов основан на специфический явлений возникающих на границе разделов между полупроводниками p и n типов. При изготовлении используется несимитричный p\n переход. Т.е. концетрация носителей в полупроводнике p типа не равна концентрации проводника n типа

В следствии разности концентрации свободных дырок и свободных электронов по обе границы полупроводников часть дырок из пригрансиной облости полупроводника п типа диффундирует (проникает) в полупроводник н типа. Аналогичная процедура с противоположенной стороной. В результате вдольграницы раздела полупроводников образуется слой неподвижных отрицательных ионов со стороны полупроводника п типа и слой неподвижных положительных ионов со стороны полупроводника н типа которые образуют п н переход. Возникающий между этими слоями электрическое поле с напряженностью эпсилон препятствуют дальнейшей диффузии свободных дырок и электронов через границу разделов полупроводников.

При некотором значении напряженноси электрического поля в пн переходе диффузия свободныз дырок и переходов через границу раздела полностью прекращается.

Переход смещен в прямом направлении

Если к полупроводнику п типа подключить положительный потенциал источника а к н типа отрицательный то высота потенциального барьера уменьшается и в цепи повышается эл ток..ел ширина пн перехода стремится к 0. Переход как объедененная область исчезает. Электроны и дырки имеют возможность легко диффундировать к в область с противоположенным типом проводимости.

Переход смещен в обратном направлении

Если полупроводнику п типа подключить отрицательный потенциал источника а к н типу положительный то высота потенциального барьера увеличивается. Полярность прикладываемого напряжения совпадает с контактной полярностью контактной разности. Движение основных носителей уменьшается и при некотором значении совсем прекращается. Таким образом через идеальный пн переход может проходить электрический ток только в одном напр=авлении. В реальных полупроводниках и пн переходов наблюдается множество других явлений которые существенно влияют на характеристики полупроводниковых приборов.

Полупроводниковые диоды

• Выпрямительные

• Стабилитроны

• Варикапы

• Светодиоды

• Фотодиоды

• Оптроны

Прибор с одним электронным переходом и 2 выводами для подключения во внешнюю цепь. Полупроводниковые диоды используют свойства пн перехода хорошо проводить в одно направление и плохо в другом направлении. Эти токи и соответствующии им напряжение называют прямыми и обратными. Для полупроводниковых диодах используются вольтамперную характериситтику. Вид которой зависит от способа получения пн перехода. Концентрация свободных носителей, конструкцией перехода и т.д. Вобщем виде вольтамперная характеристика представляется зависимостью

По функциональному значению диоды разделяют на :

1. Выпрямительные (вторичные источники электропитания)

Диоды предназначены для преобразования переменного тока в постоянный. К быстродействию емкости пн перехода и стабильности параметров особых требований не предъявляется. Для выпрямительных диодов характерно малое сопротивление в проводящем состоянии. Барьерная емкость из-за большой площади перехода достаточно велика.

2. Импульсные (формирователи коротких импульсов)

3. Детекторные (приемо-передающие устройства)

4. Модуляторные (приемо-передающие устройства)

5. Стабилитроны (опорные диоды)

Предназначены для стабилизации напряжений. Их работа основана на использовании явления электрического пробоя пн перехода при включении диода в обратном направлении

6. Фотодиоды

Имеют структуру обычного пн перехода . Под действием напряжения источника эдс путь в цепи фотодиода включено в непроводящем направлении, при отсутствии освещения протекает небольшой темный ток (обратный) и с индексом тм. В этом случае фотодиод не отличается от обычного диода. При освещении фотодиода поток не основных носителей увеличивается, т.е. увеличивается обратный ток(фото ток).

7. Светодиоды

Представляют собой излучающий пн переход свечение в котором возникает вследствие рекомбинаций носителей зарядов (электронов и дырок). Свечение наблюдается при прямом смещении перехода. В процессе рекомбинации выделяется энергия, определяемая разницей энергии между уровнями рекомбинируещих частиц. Количество выделяемой энергии дозировано и сопровождается выделением кванта света (фотона). Существует без излучательное выделение энергии – тепловое.

Характеристика:

1. Яркость свечения

2. Световой поток

3. Площадь поверхности излучения

Параметры:

1. Прямое падение напряжения

2. Прямой ток светодиода

3. Угол излучения

4. Цвет свечения

Цвет свечения зависит от состава материалов и легирующих примесей.

Применяются в устройствах индикации, являются основой семисегментных индикаторов.

8. Варикап

Ширина пн перехода диода и его емкость зависит от приложенного к нему напряжения. Врикап – полупроводниковый прибор предназначенный для использования в качестве управлемый электрическим напряжении емкости. Варикап работает при обратном напряжении.

Основные парметры:

1. Номинальная емкость

2. Коэффицент перекрытия

3. Температурный коэффицент

Материалы использованные для создания пн переходов стабилитронов имеют высокую концентрацию примесей. Это обеспечивает высокую напряженность электрического поля в пн переходе. При относительно небольших обратных напряжениях в пн переходе возникает сильное электрическое поле., вызывающее его электрический пробой. В этом режиме нагрев диода не носит лавинно образного характера и не переходит в тепловой пробой.

9. Оптроны

• Отсутствие электрической связи между входной и выходной цепями

• Широкая полоса рабочих частот

• Высокая помехозащитность оптического канала от внешних помех

• Интеграция с другими полупроводниковыми и микроэлектронными приборами на этапе изготовления