Производственная практика: Основы полупроводниковой электроники

Решение задач
Лекции и конспекты
Подготовка к экзамену
Тема: Колебания
Переменный ток
Оптика
Решение задач по физике
Техническая механика
Ядерная физика
Математика
Аналитическая геометрия
Дифференциальное исчисление
Интегральное исчисление

Выполнение
графических работ

Черчение
Мастерская по рисунку
Сборочные чертежи
Начертательная геометрия
Курсовая работа по сопромату
Сопротивление материалов
Электротехника
Лабораторные работы по
электротехнике
Производственная практика
Основы полупроводниковой
электроники
Расчет электрических цепей
Теория конструктивных материалов
ТКМ
Проводники
Полупроводниковые материалы
Диэлектрики
Электропроводность
Диэлектрические потери
Информатика
Безопасность в компьютерных
сетях
Защита информации
Одноранговые сети
Клиент-серверная модель
Беспроводные компьютеры
Службы и протоколы
История глобальных сетей
Стандартизация сетей
 

Современная полупроводниковая электроника

 Изучение электровакуумных и полупроводниковых приборов составляет существенную часть современной науки, которая называется электроникой. Радиоэлектроника является одной из областей применения электроники и созданных ею приборов электровакуумных, полупроводниковых и квантовых.

Принцип действия полупроводниковых приборов основан на перемещении и распределении зарядов под воздействием электрических и магнитных полей внутри кристаллов твердого тела. Такие приборы не только способны во многих случаях заменить радиолампы, но и открывают новые возможности применения радиоэлектроники в ряде отраслей народного хозяйства. Особенно важным оказалось применение полупроводниковых приборов в тех установках, которые состоят из десятков тысяч активных элементов (например, электронные вычислительные машины): полупроводниковые приборы позволяют уменьшить размеры (миниатюризировать) и повысить сроки надежной работы аппаратуры.

Миниатюризация электронной аппаратуры

Развитие электроники характеризуется постоянным увеличением сложности электронных устройств. Сложность электронной аппаратуры возрастает с каждым годом.

В 50е годы прошлого века в устройствах стали применять огромное количество электронных ламп. Выяснилось, что их возможности ограничены: каждая электронная лампа имеет небольшой срок службы, значительные габариты и потребляет при этом большую энергию.

Недостатки электронных ламп при одновременном непрерывном усложнении электронных устройств заставили специалистов разрабатывать электронные приборы с другим принципом действия, которые могли бы заменить по своим функциональным возможностям электронные лампы, ими оказались полупроводниковые приборы,

Применение полупроводниковых приборов в электронике, вычислительной технике, автоматике, энергетике приобрело массовый характер, что определялось их большими достоинствами: высоким к.п.д., долговечностью, надежностью, небольшими габаритами, массой и т.д.

Характерным для современного этапа научнотехнической революции является применение все более сложной, но и более надежной электронной аппаратуры.

Потому одним из главных направлений развития полупроводниковой электроники в последние десятилетия явилась и н т е г р а л ь н а я м и к р о э л е к т р о н и к а. В последние годы широкое развитие получили полупроводниковые интегральные микросхемы.

 Полупроводниковая интегральная микросхема микроминиатюрный функциональный узел электронной аппаратуры, в котором элементы и соединительные проводники изготовляются в едином технологическом цикле на поверхности или в объеме полупроводникового материала и имеют общую герметичную оболочку.

Важной особенностью микроэлектроники является разработка и внедрение методов предельного уменьшения физических размеров элементов микросхемы: микрорезисторов, диодов, транзисторов. Это приводит к увеличению функциональных возможностей микросхем, повышению их надежности и быстродействия, снижению потребления энергии.

Полевые и биполярные транзисторы, полупроводниковые диоды и резисторы, конденсаторы и прочие электронные приборы и радиодетали часто называют элементами радиоэлектронной аппаратуры (РЭА), или электрорадиоэлементами, так как они составляют основу функциональных структур, реализующих обусловленные назначением аппаратуры алгоритмы формирования, преобразования, хранения, обработки и воспроизведения сигналов.

В последнее время получила широкое распространение иная технология изготовления функциональных узлов, при которой процессы объединения их в функциональную конструктивно завершению структуру совмещаются. Эта технология получила название и н т е г р а л ь н о й. Функциональные узлы РЭА, изготовляемые методом интегральной тенхнологии, были названы ин е г р а л ь н ы м и м и к р о с х е м а м и (ИС).

Проблема миниатюризации традиционна для радиоэлектроники, но назначение ее непрерывно растет по мере расширения областей применения РЭА, усложнения радиооборудования и повышения ответственности выполняемых им функций.

Появление ИС это фактически создание новой, более совершенной элементной базы РЭА. Интегральная технология изменила представление об оптимальних функциональных структурах радиоэлектронных устройств и их функциональном базисе. Произошло формирование специальной отрасли электроники, разрабатывающей проблемы конструирования и производства электронных изделий на базе интегральной технологии. Эта отрасль получила название микроэлектроники.

Микросхемы повышенного уровня интеграции

 По числу содержащихся в корпусе микросхем элементов различают шесть степеней интеграции. Они:

 первая степень интеграции  ;

 вторая степень интеграции ;

 третья степень интеграции ;

четвертая степень интеграции ;

  пятая степень интеграции ;

 шестая степень интеграции  элементов.

 Интегральные микросхемы, содержащие более 100 элементов, принято называть микросхемами повышенного уровня интеграции. Микросхемы повышенного уровня интеграции имеют по сравнению с микросхемами малого уровня интеграции значительно лучшие габаритные характеристики, меньшую стоимость в расчете на один функциональный элемент, а также ряд других преимуществ, благодаря которым удается существенно улучшить основные техникоэкономические характеристики аппаратуры.

 Вместе с отмеченными достоинствами микросхемы повышенного уровня интеграции имеют целый ряд особенностей, которые осложняют их разработку, изготовление и применение.

 Повышение степени интеграции в большинстве случаев приводит к увеличению сложности функций, выполняемых микросхемой. С одной стороны это положительный фактор, так как при использовании более сложных микросхем упрощается проектирование и изготовление аппаратуры. В то же время стоимость аппаратуры может возрасти.

 При повышении плотности упаковки усиливается электромагнитная связь между элементами за счет близкого расположения межсоединений и самих элементов, что приводит к понижению помехоустойчивости микросхем. Появляются значительные трудности при изготовлении малых по размерам корпусов с большим количеством выводов. Что существенно сдерживает увеличение степени интеграции. Полупроводниковые микросхемы повышенной степени интеграции изготавливают главным образом на основе МДПтранзисторов. Это объясняется их преимуществами перед микросхемами на биполярных транзисторах: второе меньшим числом технологических операций и на порядок большей плотностью размещения элементов на подложке.

 Однако по быстродействию они уступают микросхемам на биполярных транзисторах. Поэтому основную область их применения составляет аппаратура сравнительно невысокого быстродействия.

 По технологи изготовления различают полупроводниковые и гибридные интегральные микросхемы.

  Полупроводниковая микросхема это интегральная микросхема все элементы и межэлементные соединения которой выполнены в объеме и на поверхности полупроводника.

  Гибридная интегральная микросхема интегральная микросхема, пассивные элементы которой выполнены посредством нанесения различных пленок на поверхности диэлектрической подложки из стекла, керамики, ситалла или сапфира, а активные элементы бескорпусные полупроводниковые приборы. Гибридные интегральные микросхемы перспективны для устройств с небольшим количеством элементов, в которых может быть обеспечена высокая точность параметров.

Решение задачи с помощью моделирования работы схемы

1.Для моделирования работы схемы в Electronics WorkBench необходимо произвести выбор необходимых элементов для моделирования.

Рис.4.5.1. Необходимые наборы элементов

2.Произвести выборку необходимого количества элементов для построения схемы. Для построения схемы необходимо:

Резисторов -11 шт. 

 Э.Д.С – 3 шт. 

 Источник тока -1 шт. 

3.Назначить номиналы элементов и названия элементов в соответствии с условием. Для этого два раза щелкнем на элементе, в появившемся окне заполним вкладки Label и Value.

 

Рис.4.5.1. Вкладки для назначения номиналов и названий для элементов

4.Соединить выбранные элементы в соответствии с данной схемой.

Рис.4.5.1. Соединение элементов

5.Проверить работу схемы, нажав на включение модуляции .

6.Для определения токов в ветвях выберем прибор Амперметр, он находится в панели Indicators.

 Рис.4.5.1. Панель Indicators

Функциональная классификация интегральных микросхем Практические возможности интегральной технологии в настоящее время таковы, что большинство маломощных функциональных узлов РЭА может быть реализовано в виде микросхем. Однако промышленное производство микросхем определенного типа целесообразно лишь тогда, когда данный тип находит массовое применение в РЭА.

Диффузионные и дрейфовые явления в полупроводниках В полупроводниках если длина свободного пробега электрона или дырки значительно меньше толщины барьера, т.е. электрон или дырка испытывает в процессе перехода много столкновений с решеткой, то применяют для вычисления тока через потенциальный барьер диффузионную теорию. Она справедлива для полупроводников с малой концентрацией носителей заряда и малой длиной свободного пробега, например для закиси меди, селена и др.

Потенциальный барьер при  переходе

Пробои  перехода В зависимости от удельного сопротивления полупроводника, типа  – перехода, формы и величины приложенного напряжения, окружающей температуры и условий теплоотвода, состояния поверхности и других факторов физическая природа пробоя может быть различной

Выпрямительный полупроводниковый диод Полупроводниковым диодом называют полупроводниковый прибор с одним  переходом и двумя выводами, в котором используются свойства перехода. Применение полупроводниковых диодов в современной технике весьма разнообразно.

Варикап – полупроводниковый диод, в котором используется зависимость емкости  – перехода от обратного напряжения и который предназначен для применения в качестве элемента с электрически управляемой емкостью.

Полупроводниковые транзисторы Типы транзисторов Транзистором называется электропреобразовательный полупроводниковый прибор с электронно дырочными переходами, пригодный для усиления мощности и имеющий три или более выводов.

Вольтамперные характеристики биполярных транзисторов

Электронные усилители Параметры усилителей Электронным усилителем называют устройство, в котором входной сигнал напряжения или тока используется для управления током (а следовательно, и мощностью), поступающим от источника питания в нагрузку

Двухтактный усилитель мощности Двухтактные схемы выходных каскадов с применением транзисторов

Условие для усилителя, усиления сигналов без искажением их формы

Эмиттерный повторитель Между усилителями надо включать каскады передачи сигнала, которые обладают большим входным сопротивлением.

Усилители постоянного тока и дифференциальные усилители

Генерирование электрических колебаний Принципы построения генераторов

Обратные связи в усилителях это подача части выходного сигнала на вход усилителя; напряжение обратной связи может зависеть или от выходного напряжения , или от тока в нагрузке или от выходного напряжения и тока в нагрузке вместе

Мультивибратор состоит из двух усилителей, причем выходное напряжение левого усилителя снимается с коллектора транзистора VTl и передается на вход правого усилителя, а выходное напряжение этого усилителя снимается с коллектора VТ2 и подается на вход левого усилителя (на участок базаэмиттер транзистора VTl).

Транзисторные автогенераторы гармонических колебаний  генераторы с индуктивной связью Рассмотрим две схемы транзисторных автогенераторов гармонических колебаний томсоновского типа с резонансными контурами. Резонансная частота контура определяет частоту колебаний автогенератора.

Импульсные и цифровые устройства. Общая характеристика импульсных устройств. 

генераторы гармонических сигналов

Особенности генераторов сверхвысоких частот Начиная с диапазона метровых волн и на более коротких волнах, в работе генераторов начинают появляться особенности, которые приводят к необходимости изменения конструкций как ламп, так и колебательных систем.

Диодные ключи Простейший тип электронных ключей диодные ключи. В качестве активных элементов в них используют полупроводниковые или электровакуумные диоды.

Логические элементы вместе с запоминающими элементами составляют основу устройств цифровой (дискретной) обработки информации вычислительных машин, цифровых измерительных приборов и устройств автоматики. Логические элементы выполняют простейшие логические операции над цифровой информацией, а запоминающие элементы служат для ее хранения.

Электронные ключи используемые для формирования импульсов, а также в качестве ограничителей амплитуды импульса

Логические элементы И НЕ

Общие характеристики триггеров Триггером называют устройство, обладающее двумя состояниями устойчивого равновесия и способное скачком переходить из одного состояния в другое под воздействием внешнего управляющего сигнала.

Дешифраторы и шифраторы Дешифратором (декодером) называют устройство, предназначенное для распознавания различных кодовых комбинаций (слов). Каждому слову на входе дешифратора соответствует «1» на одном из его выходов.

Цифровым счетчиком импульсов называют устройство, реализующее счет числа входных импульсов и фиксирующее это число в какомлибо коде.

Сложение. Одной из основных арифметических операций, выполняемых в ЭВМ, является сложение двоичных чисел. В качестве примера рассмотрим сложение двух четырехразрядных двоичных чисел: 0111 и 0101. В десятичной системе это числа 7 и 5

Цифро – аналоговые и аналого – цифровые преобразователи Обычно датчики температуры, давления и других физических величин создают напряжение в аналоговой форме, пропорциональное физической величине или отклонениям физической величины от некоторого установленного уровня.

Мультивибраторы Для получения прямоугольных импульсов широко используют устройства, называемые релаксационными генераторами (релаксаторами). Релаксаторы, как и триггеры, относятся к классу спусковых устройств и основаны на применении усилителей с положительной обратной связью или электронных приборов с отрицательным сопротивлением, например, туннельных диодов или транзисторов.

Компараторы и триггеры Шмитта

 Усилители постоянного тока (УПТ) предназначены для усиления сигналов, медленно изменяющихся во времени, т.е. сигналов, эквивалентная частота которых приближается к нулю. Поэтому УПТ должны обладать амплитудночастотной характеристикой.

Многоколлекторный БПТ Структура многоколлекторного транзистора (МКТ) аналогична структуре многоэмиттерного транзистора, но радикально отличается принцип применения этого прибора в схемотехнике логических элементов и, соответственно, топология прибора.

Транзисторы с контактными переходами Шоттки

Коэффициент передачи тока от инжектора в МКТ зависит от расположения баз и коллекторов относительно инжектора.

Приборы с инжекционным питанием образованы по меньшей мере четырьмя контактными переходами. Потому число параметров, определяющих их свойства, превышает число параметров, определяющих свойства БПТ.

Транзисторы с продольной структурой В схемотехнике микроэлектронных устройств часто требуется совместить в одном технологическом процессе в пределах одного кристалла БПТ разного типа проводимости. Полагая основной структурой БПТ структуру n-p-n-транзистора, транзисторы со структурой p-n-p исполняются как дополняющие.

Резисторы полупроводниковых ИМС Резисторы широко применяются в цифровых и особенно в линейных интегральных микросхемах. Полупроводниковые резисторы формируются в поверхностном объеме кристалла, как правило, одновременно с изготовлением активных элементов микросхем

Пример. Оценить значение горизонтального транзистора при следующих исходных данных: Wb = 6 мкм; Dp = 6 см2/сек; W1 = 3 мкм; W2 = 2,5 мкм; Soe/Sbe = 3.

Проектные параметры резисторов

Алгоритм проектирования полупроводниковых резисторов

Материалы и структуры соединений и контактов Для межэлементных соединений применяются пленки ряда металлов и поликристаллического полупроводникового материала (кремния, в частности). Пленки металлов наносятся по диэлектрическому слою на поверхности кристаллов

Конденсаторы со структурой МОП

Алгоритм проектирования конденсаторов БП ИМС

Параметры и размеры соединений и контактов Минимальная ширина пленок шины металлизации (при заданной ее толщине) определяется допустимой плотностью тока (2,0–2,5)×105 А /см2 или технологическими ограничениями на размеры. Коммутационные проводники вносят в исполняемые микроэлектронные устройства не предусмотренные (паразитные) элементы: активное сопротивление (сопротивление потерь), емкости и индуктивности.

Базовые элементы цифровых биполярных микросхем На биполярных транзисторах реализованы функциональные элементы цифровых устройств, отличающиеся схемной организацией. Варианты схемных построений генерировались и сменялись по мере развития технологии производства микроэлектронных изделий.

Элементы ТТЛ с приборами Шоттки Замена диодов и БПТ в элементах ТТЛ на диоды и транзисторы с барьером Шоттки является эффективным способом повышения быстродействия логических элементов.

Элементы инжекционной логики (И2Л)

Использование диодов Шоттки в логических ячейках с инжекционным питанием позволяет уменьшить логический перепад и работу переключения, расширить логические возможности элементов. За счет этого сокращается число объединяемых элементов при построении более сложных устройств и повышается их степень интеграции. С уменьшением числа элементарных ячеек в сложном устройстве снижается полное время задержки сигнала.

Топологические конфигурации элементов ИС составляют часть состава топологических объектов, размещаемых на кристаллах. Элементы ИС подлежат соединению в пределах кристалла и потому значительную часть площади кристалла занимают проводные связи элементов.

План кристалла Перечисленные области определенным образом компонуются на кристалле, составляя основу плана кристалла.

Проектирование топологии ИС на БПТ Важным звеном в общем процессе проектирования полупро­водниковой ИМС на биполярных транзисторах является проектирование ее топологии (топологического чертежа форм, размеров и размещения элементов и соединений на кристалле).

Проектирование  полевых структур Искривление энергетических зон в полупроводниковых материалах на границе раздела с металлами может быть настолько существенным, что их поверхностный слой может обрести запирающие свойства, как это имело место в контактных переходах Шоттки, или даже изменить тип проводимости на противоположный в сравнении с глубинными слоями.

Вольтамперные характеристики МДП-транзистров

Параметры МДП-транзистора и расчетные соотношения Обобщенной формой представления функциональных свойств МДП-транзисторов являются их параметры.

Полевые элементы устройств хранения информации Базовыми элементами исполнения запоминающих устройств на МДП-транзисторах являются статические и динамические элементы памяти (ЭП)

Конструкции МДП-транзисторов

Алгоритмы проектирования МДП-транзисторов ИМС

Защита конструкций МДП-микросхем Для зашиты МДП-приборов от воздействия статического электричества в процессе их производства и эксплуатации, а также для борьбы с паразитными каналами предусматриваются комментируемые далее решения

Логический инвертор с активной нагрузкой МДП

Логические элементы на МДП-структурах

Транзисторы с зарядовой связью (ТЗС) Принцип работы ТЗС, подобно ПЗС, основан на хранении и движении заряда в приповерхностном слое полупроводника. В отличие от ПЗС, в ТЗС этот процесс переноса заряда контролируется дополнительным электродом, расположенным в промежутке между принимающим и передающим.

Проектирование топологии ИС на МДП В отличие от биполярных, спецификой ИС на МДП транзисторах с каналами одного типа проводимости является отсутствие изолирующих областей, так как потенциал подложки таких ИС одинаков. Для n-канальных транзисторов МДП потенциал подложки равен минимальному, а для р-канальных транзисторов — максимальному

Варианты структур элементов ПЗС Одной из важнейших функций ПЗС является задержка входного импульса на точно заданное время.

Ввод и детектирование заряда в ПЗС

Новые игровые слоты без денег http://igrovyeavtomatyvulkan.bid/ с начальным счетом в 150$ для того, чтоб разгадать секреты игры | Найди секреты в игровых слотах на данном вебсайте http://bisao.ru/ и получи дополнительно реальные наличные с выгодной скидкой 60% при втором пополнении | http://zprostitutki-novorossyiska.com/ - ласковые проститутки Новороссийска Вернуться на Главную