4. Активные компоненты радиоэлектроники. Полупроводниковые электронные приборы. Интегральные микросхемы;

Осн классиф элементной базы-деление на 2 осн группы:– пассивные компоненты;– активные компоненты.

след активные компоненты:– диод (светодиод, фотодиод, полупроводниковый лазер)– транзистор (биполярный транзистор, полевой транзистор,, составной транзистор)– интегральная схема (цифровая интегральная схема, аналоговая интегральная схема) – тиристор (динистор, тринистор, симистор)

Полупроводн приборы- электрон приборы, действие кот основано на электрон процессах в полупроводн. В электронике П. п. служат для преобразования разл сигналов к основным классам П. п. относят следующие:

-электропреобразовательн приборы, преобразующие одни электрич величины в др. электрические величины (полупр диод, транзистор, тиристор);

-оптоэлектрон приборы, преобразующие световые сигналы в электрич и наоборот (фоторезистор, фотодиод, фототранзистор, фототиристор. полупров лазер, светоизлучающ диод и т.п.); -термоэлектрические приборы, преобраз тепл энергию в электрич;-магнитоэлектрич.-приборы пьезоэлектрический и тензометрический приборы, которые реагируют на давление или механическое смещение.

К отдельн классу П. п.- интегральн схемы, кот м б электропреобразующими, оптоэлектронными и т.д. либо смешанными, сочетающими самые разл эффекты в одном приборе.

Э лектропреобразоват П. п. —предназн для преобраз-я (по роду тока, частоте и т.д.), усиления и генерирования электрич колебаний в диапазоне частот от долей гц до 100 Ггц и более; их рабочие мощн-ти нах в пределах от < 10-12 вт до нескольких сотен вт, напряжения — от долей в до неск тыс. в и ток — от неск на до нескольких тыс. а. В зав-ти от прим-го полупров материала различ германиевые, кремниев и др. П. п.

По конструктивным и технологическим признакам П. п. разделяют на точечные и плоскостные; последние, в свою очередь, делят на сплавные, диффузионные, мезапланарные, планарные (наиболее распространены), эпипланарные и др.

В соответствии с областью применения различают высокочастотные, высоковольтные, импульсные и др. П. п.

П. п. выпускают в металлостеклянных, металлокерамических или пластмассовых корпусах, защищающих приборы от внешних воздействий; для использования в гибридных интегральных схемах выпускаются т. н. бескорпусные П. п. Номенклатура П. п., выпускаемых во всех странах, насчитывает около 100 000 типов приборов различного назначения.

Интегральная микросхема (ИМС), микроэлектронная схема, сформир на крошечной пластинке (кристаллике, или «чипе») полупроводникового материала, обычно кремния, кот использ для управления электрическим током и его усиления. Типичная ИМС состоит из множества соединенных между собой микроэлектронных компонентов, таких, как транзисторы, резисторы, конденсаторы и диоды, изготовленные в поверхностном слое кристалла.

Интегральные схемы обладают целым рядом преимуществ перед своими предшественниками – схемами, которые собирались из отдельных компонентов, монтируемых на шасси. ИС имеют меньшие размеры, более высокие быстродействие и надежность; они, кроме того, дешевле и в меньшей степени подвержены отказам, вызываемым воздействиями вибраций, влаги и старения.

По виду обрабатыв-го сигнала микросхемы делятся на:– аналоговые микросхемы — вх и вых сигналы измен-ся по закону непрер функции в диапазоне от положит до отрицат напря питания (операционные усилители, генератор сигналов, аналоговые умножители, схемы синхронизации, различные датчики и т.д.);– цифровые микросхемы — входные и выходные сигналы могут иметь два значения: логический ноль или логическая единица, каждому из которых соответствует определённый диапазон напряжения (триггеры, регистры, шифраторы, ключи, микропроцессоры, счетчики и т.д.);– аналого-цифровые микросхемы совмещают в себе формы цифровой и аналоговой обработки сигналов. По мере развития технологий получают всё большее распространение (модуляторы и демодуляторы, трансиверы, коммутаторы, генераторы и восстановители частоты тактовой синхронизации и т.д.)

Интегральная микросхема может обладать законченным, сколь угодно сложным, функционалом — вплоть до целого микрокомпьютера.

5. Определение полупроводниковых электронных приборов. Электропроводность материалов. Понятие электрохимического потенциала (уровня Ферми)К полупроводникам относятся материалы, кот имеют при комнатной темп-ре удельное сопр-е от 10^-4 до 10¹⁰ Омсм. По св электр свойствам они занимают промежуточное положение между проводниками и диэлектриками. Это такие материалы, как германий Ge, кремний Si, селен Se, теллур Te,

Отличительной особенностью таких материалов является сильная зависимость электропроводности от внешних факторов:освещенность;температура;

ионизирующие излучения;концентрации примесей.

Большинство применяемых полупроводников имеют кристаллическую решетку алмазного типа.

В твердом теле, при образовании кристаллической решетки, благодаря взаимодействию атомов энергетические уровни расщепляются и образуют энергетические зоны, состоящие из отдельных близко расположенных по энергии уровней, число которых соответствует числу однородных атомов в данном теле.Разрешенная зона − совокупность энергетических уровней, на каждом из которых могут находиться электроны. Характеризуется тем, что все энергетические уровни электронов при температуре 0 К заполнены электронами. Верхняя заполненная зона называется валентной. Запрещенная зона − промежуток между разрешенными зонами.Характеризуется тем, что в ее пределах нет энергетических уровней, на которых могли бы находиться электроны даже в идеальном кристалле. Зона проводимости характеризуется наличием электронов, обладающих энергией, которая позволяет им освобождаться от связи с атомами и передвигаться внутри твердого тела.

Исходя из зонной структуры и разделяют материалы на:

− металлы;− полупроводники;− диэлектрики.

Понятие электрохимического потенциала (уровня Ферми).

Вероятность нахождения свободного электрона в энергетическом состоянии W определяется функцией распределения Ферми–Дирака:

где, W_f – уровень Ферми. И в общем случае уровень Ферми характеризует работу, затрачиваемую на перенос частиц, обладающих массой и находящихся в среде, имеющей градиент электрического потенциала и некоторое число этих частиц.Для собственного полупроводника уровень Ферми располагается посередине запрещённой зоны

.