Реферат: Электронны, квантовые приборы и микроэлектроника 
Необходимо знать принцип действия контакта металл-полупроводник (барьер Шотки).
3 Полупроводниковые диоды
[1], c. 56-92;
4 Биполярные транзисторы
[1], c. 93-175;
5 Полевые транзисторы
[1], с. 183-211.
Надо усвоить устройство и принцип действия полевых транзисторов с управляемым
p-n переходом, знать их статическое характеристики и дифференциальные
параметры.
Следует разобраться с принципом действия, структурой и особенностями полевых
транзисторов с изолированными затворами (МДП-транзисторы), их
разновидностями; МДП с индуцированным и встроенным каналами. Необходимо знать
режимы обеднения и обогащения этих транзисторов и какие из них могут работать
в том или ином режиме. Все это необходимо проиллюстрировать на физике
процессов, а также с помощью статических характеристик транзисторов.
Следует знать схемы включения, дифференциальные малосигнальные параметры и
эквивалентные схемы полевых транзисторов.
Необходимо иметь представление о приборах с зарядовой связью.
Этот материал можно найти в [4].
6 Различные полупроводниковые приборы
[1], c.175-182;
В этом пункте основное внимание уделяется устройству тиристоров. Нужно знать
устройство и принцип действия диодного и триодного тиристора. Нужно также
уяснить работу теплоэлектрических приборов, полупроводниковых резисторов и
варисторов.
Шумы и надежность электронных приборов [1], с. 158-165, 19-22;
Контрольные вопросы к I-разделу
1. Укажите роль электронных приборов и изделий микроэлектроники в
подготовке специалистов Вашего профиля.
2. Начертите диаграммы энергетических зон собственного и примесного
полупроводников и объясните характер электропроводности в полупроводниках.
3. Что такое диффузионный и дрейфовый токи?
4. Почему резко снижается концентрация подвижных носителей заряда в
приконтактной области двух полупроводников с разными типом проводимости?
5. Начертите потенциальную диаграмму (или диаграмму энергетических
уровней) p-n перехода в равновесном состоянии.
6. Начертите потенциальную диаграмму (или диаграмму энергетических
уровней) p-n перехода при прямом включении.
7. Начертите потенциальную диаграмму (или диаграмму энергетических
уровней) p-n перехода при обратном включении.
8. Чем отличается реальная вольтамперная характеристика p-n перехода
от теоретической?
9. Какие виды пробоя p-n перехода вы знаете?
10. Что такое зарядная емкость p-n перехода?
11. Что такое диффузионная емкость p-n перехода?
12. Дайте классификацию полупроводниковых приборов по технологии
изготовления и по типу структуры.
13. Как называются приборы, основанные на контакте металл-полупроводник?
14. Дайте классификацию диодов по конструктивным особенностям и применению.
15. Каково устройство и принцип действия полупроводникового диода?
16. Объясните устройство стабилитрона и его включение в схему.
17. Каковы особенности работы диодов в импульсном режиме?
18. Дайте классификацию транзисторов по конструкции и их применению.
19. Начертите схемы включения транзистора с общей базой, с общим эмиттером
и с общим коллектором?
20. В чём заключается особенности режимов: активного, отсечки и насыщения?
21. Расскажите принцип действия биполярного транзистора.
22. Дайте сравнение усилительных свойств транзисторов в разных схемах
включений.
23. Изобразите статистические характеристики транзисторов и объясните ход
их изменения.
24. Какие системы параметров транзисторов Вам известны и какая связь между
ними?
25. Изобразите эквивалентные низкочастотные Т-образные схемы транзистора.
26. Что такое предельная частота, граничная частота усиления тока базы?
27. Нарисуйте диаграмму коллекторного тока при импульсном режиме работы.
28. Каков принцип действия полевого транзистора с управляющим p-n переходом?
29. Нарисуйте схему устройства транзистора с изолированным затвором и
объясните его принцип действия.
30. Изобразите три схемы включения полевого транзистора. Нарисуйте
семейство статических (выходных и передаточных) характеристик.
31. Что такое прибор с зарядовой связью?
32. Объясните принцип действия динистора.
33. Объясните вольтамперную характеристику динистора.
34. Назовите параметры тиристоров.
35. Объясните принцип действия полупроводниковых резисторов, варисторов.
36. Объясните принцип действия датчика Холла.
37. Назовите виды шумов в транзисторе.
38. Как определяется долговечность прибора?
39. Что такое интенсивность отказов?
40. Как влияет режим на надежность полупроводниковых приборов?
Раздел II. Оптоэлектронные и квантовые приборы
[1], с, 313-327, 356-371;
Данная тема является одним из перспективных направлений развития электроники.
Поэтому необходимо уяснить достоинства оптоэлектронных приборов вообще, и
оптронов в частности. Краткие сведения по оптронам можно найти в [1] и [4],
по индикаторам в [1]. Более полные сведения по ним можно найти в
дополнительной литературе [9].
Контрольные вопросы по разделу II
1. Основные достоинства оптоэлектронных приборов.
2. Устройство оптрона и основные его узлы.
3. Светоизлучатели. Основные требования к ним.
4. Светодиоды. !принцип цействия, характеристики, параметры.
5. Оптическая среда. назначение, требования к ней.
6. Фотоприемники. Характеристики и параметры.
7. Принцип действия фоторезистора, Характеристики и параметры.
8. Принцип действия и устройство Фотодиода. Фотогенераторный
режим.
9. Фотопреобразовательный режим фотодиода.
10. Способы повышения коэффициента передачи тока оптронов.
11. Фототранзисторы и фототиристоры. Принцип работы и выходные
характеристики,
12. Классификация оптронов. Условные обозначения.
13. Сравнительная характеристика.
14. Характеристики оптронов.
15. Параметры оптронов.
16. Применение оптронов.
17. Принцип действия полупроводниковых индикаторов
18. Жидкокристалические индикаторы. Принцип действия и разновидности.
19. Газоразрядные индикаторы и плазменные панели.
20. Применение индикаторов.
21. Полупроводниковые лазеры. Принцип действия, характеристики и особенности.
Раздел III. Микроэлектроника
1 Технологические основы микроэлектроники
Средством решения проблемы увеличения надежности, снижения стоимости,
массогабаритных показателей и энергопотребления РЭА является комплексная
миниатюризация, в широком смысле означающая системный подход к применению в
аппаратуре средств микроэлектроники, а в прикладном смысле – метод создания
аппаратуры, при котором все ее узлы, блоки и устройства выполнены на базе
изделий микроэлектроники. Следует уяснить, что основная задача
микроэлектроники – решение вопросов надежности микроэлектронных устройств,
состоящих из большого количества элементов. Это и есть – «Тирания большого
количества».
Классификация изделий микроэлектроники приведена в [2, с.27-32].
Основным видом изделий микроэлектроники являются ИМС, которые могут быть
квалифицированы по технологии изготовления, степени интеграции,
функциональному назначению и по применяемости в аппаратуре. Подробно см. [2,
с. 23-38].
Базовые технологические процессы изготовления полупроводниковых ИМС
(эпитаксия, термическое окисление, диффузия, ионное легирование,
фотолитография, металлизация) достаточно полно и компактно описаны в [2, с.
55-78]. Усвойте назначение каждого из базовых процессов, а также умейте без
излишней детализации объяснить их сущность.
Основу биполярных полупроводниковых ИМС составляют n-p-n транзисторы.
Отличия параметров и характеристик интегрального n-p-n транзистора от
дискретного определяются расположением всех трех выводов на одной
поверхности, а также влиянием подложки. Обратите внимание на способы
улучшения параметров интегрального n-p-n транзистора, в частности, введение
скрытого n-слоя.
Диоды полупроводниковых ИМС реализуются на основе n-p-n транзисторов, причем
их параметры зависят от схемы включения транзистора в качестве диода.
Весьма важно для понимания принципов построения современных
полупроводниковых цифровых ИМС разобраться с устройством и особенностями
активных структур, не имеющих дискретных аналогов: многоэмиттерных и
многоколлекторных транзисторов, транзисторов с барьером Шотки.
Обратите внимание на проблему реализации p-n-p транзисторов на одной подложке
с основными n-p-n транзисторами, поймите отличия горизонтального и
вертикального p-n-p транзисторов. Такие элементы наряду с супербета-
транзисторами широко используются в полупроводниковых ИМС. Все перечисленные
элементы ИМС подробно описаны в [2, с. 89-103].
В МДП ИМС используются структуры с одним типом кандалов (n-МДП, p-МДП) или
двумя типами каналов (комплементарные, КМДП). Необходимо ясно понимать, что
важным преимуществом МДП ИМС по сравнению с биполярными ИМС является
упрощение технологии изготовления и соответственно больший процент выхода
годных изделий и меньшая стоимость. МДП активные элементы занимают
значительно меньшую площадь на подложке и позволяют реализовать ИМС с очень
высокой степенью интеграции при малой потребляемой мощности. Обратите
внимание на устройство и особенности КМДП ИМС, являющихся в настоящее время
одним из наиболее перспективных типов ИМС. Данные вопросы достаточно кратко и
понятно рассмотрены в [2, с. 103-112, 138-145].
Параметры и характеристики пассивных элементов полупроводниковых ИМС
(диффузионных и ионно-легированных резисторов, диффузионных и МДП
конденсаторов) существенно отличаются от соответствующих параметров и
характеристик дискретных резисторов и конденсаторов.
Необходимо знать порядок температурных коэффициентов сопротивлений и емкостей
пассивных элементов полупроводниковых ИМС, их основные отличия от дискретных
пассивных компонентов и уметь изобразить простейшие модели (эквивалентные
схемы), учитывающие паразитные эффекты. Особое внимание уделите МДП
конденсаторам, широко используемым в самых новейших разработках дискретно-
аналоговых МДП БИС. Следует также понимать, что, несмотря на большой разброс
номиналов полупроводниковых резисторов и конденсаторов, отношения номиналов в
пределах кристалла выдерживаются с достаточно высокой точностью (0,5...3%).
Пассивные компоненты полупроводниковых ИМС подробно описаны в [2, с.116-127].
При изучении элементов полупроводниковых ИМС усвойте способы изоляции между
ними и их особенности.
Способ изоляции элементов в полупроводниковых ИМС, выполненных на основе
биполярных структур, во многом определяет как предельно достижимые параметры
и характеристики ИМС, так и последовательность технологических операций при
их изготовлении. Следует понимать, что в полупроводниковых ИМС на МДП
структурах изоляция между элементами не требуется.
Известные способы изоляции между элементами разделяются на два главных типа:
изоляция обратно смещенным p-n переходом и изоляция диэлектриком.
Гибридные интегральные микросхемы (микросборки) представляют собой комбинацию
пленочных пассивных элементов и дискретных активных компонентов,
расположенных на общей диэлектрической подложке. В настоящее время в качестве
дискретных активных элементов, кроме бескорпусных транзисторов и диодов,
широко используют полупроводниковые ИМС различной степени интеграции, в
частности, операционные усилители, триггеры, регистры и т.д. Таким образом,
гибридные ИМС представляют собой не только функциональные узлы (усилители,
звенья фильтров и т.д.), но и целые блоки устройства РЭА. Аналогом гибридной
ИМС в МЭА третьего поколения является печатная плата, заполненная
компонентами в виде корпусированных ИМС.
Использование гибридных ИМС в РЭА четвертого поколения позволяет резко
уменьшить массогабаритные параметры и повысить надежность.
При изучении гибридных ИМС обратите внимание на особенности толстопленочных
и тонкопленочных ИМС, а также параметры и характеристики их пассивных
элементов (резисторов, конденсаторов, индуктивностей). Этот материал
достаточно подробно изложен в [2, с. 115-202]. Методы получения толстых и
тонких пленок приведены в [2, с. 195-172].
Особое внимание уделите изучению вопросов расчета и проектирования гибридных
ИMС, необходимых для успешного выполнения третьей задачи контрольной работы
[2, с. 203-216].
Основные этапы сборки и типы корпусов для полупроводниковых и гибридных ИМС
рассмотрены в [2, с. 145-148, 198-202].
2 Аналоговые ИМС
Номенклатура современных аналоговых ИМС обширна и разнообразна по
функциональному назначению [2, с. 284-288].
Наиболее распространенным типом многофункциональных аналоговых ИМС является
операционный усилитель (ОУ), с помощью которого возможно выполнение всех
аналоговых функций (усиление, сравнение, ограничение, частотная фильтрация,
суммирование, интегрирование, дифференцирование и др.) [2, с. 288-290];
Для успешного изучения устройства ОУ предварительно познакомьтесь с базовыми
цепями аналоговых ИМС.
Широкое применение в аналоговых ИМС нашли базовые цепи генераторов
стабильного тока или стабилизаторов тока. Необходимо понять назначение таких
цепей, знать их вольтамперную характеристику и уметь пояснить принцип
стабилизации тока как в простейших стабилизаторах, так и в "отражателях
тока".
Разберитесь без особой детализации с назначением и принципом действия каскада
сдвига уровня и выходных каскадов.
Важнейшей базовой цепью аналоговых ИМС, в полной мере использующей основные
преимущества интегральной технологии, является дифференциальный каскад (ДК).
Идентичность параметров транзисторов и нагрузочных резисторов в обоих плечах
ДК, а также близость расположения элементов на подложке ИМС позволяют
обеспечить параметры, недостижимые при использовании дискретных компонентов.
Ознакомьтесь с принципом действия и основными параметрами ДК, обратив особое
внимание на выражения для коэффициента подавления синфазной составляющей
сигнала и коэффициента усиления дифференциальной составляющей сигнала.
Современные интегральные ОУ содержат три каскада: входной, промежуточный и
выходной. Входной каскад всегда является дифференциальным каскадом,
промежуточный – каскадом сдвига уровня и выходной –эмиттерный повторитель на
комплементарных транзисторах [2, с. 288-291] .
Необходимо иметь ясное представление о параметрах и характеристиках ОУ. Наряду с
параметрами ОУ, определенными входным дифференциальным каскадом, следует
понимать параметры, характеризующие его частотные свойства. Граничная частота
или частота единичного усиления, составляющая для современных ОУ десятки МГц,
определяется при коэффициенте усиления, равном единице [2, с. 289-291].
Обратите внимание на основной принцип применения ОУ – включение глубокой
отрицательной обратной связи (ООС), позволяющей за счет избыточного
коэффициента усиления обеспечить независимость параметров функционального
узла от параметров ОУ. В частности, при введении сопротивления ООС
коэффициент усиления определяется отношением резисторов на входе и в цепи
ООС. Основные сведения об ОУ и принципах их применения содержатся в [2, с.
284-292].
3 Цифровые ИМС
Базовыми ячейками всех цифровых ИМС являются логические элементы, выполняющие
Страницы: 1, 2, 3
|
