Шишкин Г.Г., Шишкин А.Г. - Электроника (1006496), страница 51
Текст из файла (страница 51)
е. Икэ~ = Икэнас ~0,1VT 1 отВ, Икэ 2 ~ИХ'. В другом устойчивом состоянии, наоборот,VT 1 закрыт, а VT 2 насыщен, т. е. Икэ~ = И~п' Икэ 2 = Икэнас· Набазы VT 3 и VT 4 подают одинаковые напряжения. На шинах У'и У" устанавливаются также одинаковые напряжения,приэтом в управляющих эмиттерах Э 12 , Э 22 токи практически отсутствуют.В режиме считывания на шине Х' повышается напряжение,на шине Х" также повышается напряжение на такую или большую величину. ПриИв 2 натереVT 1 открытом, а VT 2 закрытом напряжениеVT 2 увеличивается так же, как и на шине Х'. Ток в эмит3 21равен нулю, поэтому напряжение на шине У" (Иу") неизменяется.
В управляющем эмиттере3 12транзистораVT 1появляется ток считывания. Напряжение ИУ' повышается, а эмиттерный переходVT 1 вVT 3запирается. Напряжение Ив 1 транзисторапервый момент скачком изменяется, управляющий эмиттерный переход отпирается и И в~ начинает изменяться, послечего управляющий эмиттерный переход отпирается и И в~ начинает изменяться с той же скоростью, что и И у•· На шинах У' и У"возникает разность напряжений, поступающая на усилительсчитывания.Задержка между поступлением импульса выборки на шинуХ' и моментом срабатывания усилителя считывания (времясчитывания) определяется процессом заряда емкости шины Сутоком элемента памяти.
ПриVT 1насыщенном, аVT 2закрытомв режиме записи одновременно с подачей импульса выборки нашину Х' повышается напряжение на базе транзистораВ результатеVT 4запирается и большой ток генератораVT 4 •Iy течетГлава9.Цифровые интегральные схемычерез эмиттер Э 22 , переводяVT 2275в режим насыщения, при этомнапряжение на коллекторе понижается. ТранзисторVT 1в результате запирается. На Э 12 будет обратное напряжение из-зароста напряжения на базеVT 3 и на шине У'.Недостатком рассмотренной запоминающей ячейки является относительно низкое быстродействие из-за процесса рассасывания избыточных неосновных носителей в транзисторе, переключающемся из режима насыщения в закрытое состояние врежиме записи.
Время считывания имеет заметную величинуиз-за малого тока считывания Jсч·Для увеличения [сч подключают генератор тока к шинам Х' иХ", а ускорение времени рассасывания достигается введением всхему диодов, включаемых параллельноR 1 и R2•Из известных биполярных структур для СБИС наиболее пригодны структуры с инжекционным питанием.----0.._.----~\ Контрольные вопросы1.2.\1----------В чем состоят особенности цифровых ИС?Инверторы на МДП-транзисторах: разновидности, особенности, быстродействие, помехоустойчивость, принципы работы.3.Базовые цифровые схемы на биполярных транзисторах: особенности, принципы работы, параметры и характеристики.4.Бистабильные схемы и триггеры: схемные разновидности,принципы работы, выполняемые функции, параметры и характеристики.5.Логичес:кие элементы на биполярных транзnсторах: основные логические операции и их схемные реализации, принципы функционирования, достоинства и недостатки, характеристи:ки.6.Логические элементы на полевых транзисторах: основныелогические операции и их схемные реализации, принципыфункционирования, преимущества и недостатки, характеристики.7.Элементы полупроводниковых запоминающих устройств: основные схемные реализации, области применения, достоинства, недостатки, характеристики.Раздел276ИНТЕГРАЛЬНЫЕ СХЕМЫ2.--------11Глава 101--I- - - - - -НАНОЭЛЕКТРОНИКАИ ФУНКЦИОНАЛЬНАЯ ЭЛЕКТРОНИКА10.1.
Общиеположения. Возможностинаноэлектроники и функциональной электроникиОсновные тенденции развития микроэлектроники с моментаее зарождения и до настоящего времени связаны с увеличениемстепени интеграции и быстродействия ИС. Однако такие тенденции имеют определенные пределы, обусловленные возможностями технологии, а также ограничениями, связанными с физическими и электрическими принципами преобразования информации и энергии, заложенными в работу современных ИС. Дляпреодоления этих затруднений в технологии начинают широкоприменятьсярентгеновская и лазерная литографии,которыепозволяют получить разрешение при создании элементов с размерами менее10 нм (1нм=10-9 м = 10- 3 мкм).В США прогнозируется, что в ближайшие десять лет будут созданы МДМ-транзисторы с шириной затвора в20 нм.Разработанные технологии109 элементов.
Уменьшеразрешают разместить на кристалление элементов до размеров порядка нескольких десятков, пустьдаже сотен, периодов кристаллической решетки кристалла ИСсущественно изменяет физические процессы (основы) работы приборов в ИС. При таких характерных размерах начинают проявляться и преобладать волновые свойства электронов, перемещающихся через структурированные барьеры, существующие в кристаллической решетке. Размеры этих барьеров оказываются одногопорядка с длиной волны де Бройля для электрона Ад=h-постоянная Планка, т-масса электрона,v-h/mv,гдескорость егодвижения.Из-за проявления волновых свойств в наноразмерных элементах основными физическими процессами, которыми обусловлен перенос носителей, являются ннтерференцня и днфракцняэлектронных волн,квантовыеэнергетическиеограниченияпридвижении носителей заряда, связанные с малыми размерамиобъекта, и туннелнрованне электронов через пространственно узкие потенциальные барьеры.
Все перечисленные эффекты и со-Глава10.Наноэлектроника и функциональная электроника277ставляют базу наноэлектроники, представляющей очередной этапи направление развития микроэлектроники.Функциональная электроника, функциональная микроэлектроника,молекулярнаяэлектроника-различныеназванияещеперспективного направления микроэлектроники,одногокоторое связано с получением непрерывных комбинированных сред с заданнымисвойствамидля создания различныхэлектронныхприборов на основе использования физических принципов и явлений, позволяющих получить компоненты со сложным функциональным схемотехническим назначением.В отличие от ИС, где используется технологическая интеграция, в функциональной электронике не существует простых элементов типа диодов, транзисторов, резисторов и т. д.Интегральные схемы в ближайшие годы достигнут своихпредельных (критических) параметров, обусловленных физическими ограничениями и возможностями технологии.
ПоявятсяИС с топологическими нормами порядка О, 1 мкм; скорость внешнего обмена информацией ограничится3 ГГциз-за проблемымежсоединений, хотя частотный диапазон транзисторов будет существенно выше; плотность упаковки будет на уровне 1010 эл/см 2(элементов/см 2 ), а для микропроцессоров-2·108 эл/см 2 •Такиепараметры ИС уже сейчас недостаточны для многих систем оперативного распознавания образов, искусственного интеллекта,для разработки устройств параллельной обработки информациии т. д. Разработчики ИС активно ищут способы преодоления технологических и физических барьеров.
Одно из направлений базируется на разработке трехмерных ИС. На этом пути необходимопреодолеть следующие трудности: решить проблему взаимныхпомех элементов, разработать методы проектирования схем сосложной трехмерной топологией, обеспечить низкую цену, сравнимую с планарными ИС. Однако и в трехмерной электронике проблема межсоединений тоже не может быть решена полностью,а порой даже усложняется.Любая микросхема-это совокупность очень большого числа искусственно созданных за счет технологических процессовлокализованных статических неоднородностей в кристалле полупроводника (области эмиттера, коллектора, базы транзистора, резистор, изолирующие области и т.
д.), которые соединяютмежду собой в соответствии со схемотехническими решениями,позволяющими обрабатывать, хранить и генерировать информацию. В семидесятых годах прошлого столетия возникла идея278Раздел2.ИНТЕГРАЛЬНЫЕ СХЕМЫиспользовать в микроэлектронике динамические неоднородности и физические принципы интеграции не только числа элементов, но числа функций, выполняемых электронным прибором,что и является задачей функциональной электроники.К динамическим неоднородностям относятся ансамбли заряженных частиц, домены (электрические и магнитные), волновые неоднородности (поверхностные акустические волны, магнитные статические волны) и ряд других.В зависимости от типа используемой среды, той или инойкомбинации физических полей или явлений различают такиенаправления в функциональной электронике, как функцнональная акустоэлекrроннка, функцнональная магннтоэлекrроннка, функцнональная оптоэлекrроннка, функцнональная днэлекrрнческая элекrроннка, молекулярная элекrроннка (молетроннна) и т.
д.В кремниевых, арсенид-галлиевых ИС и других устройствах,построенных на основе схемотехнических принципов, информационные сигналы передаются частями по линиям межсоединений, что ухудшает помехоустойчивость и надежность изделий.В устройствах функциональной электроники полезные сигналыобрабатываются не по частям (не по байтам), а одномоментно, одновременно по всей структуре. При этом существует возможность создания устройств, в которых можно обрабатывать одновременно как аналоговые, так и цифровые сигналы, что позволяет достигнуть скорости передачи и обработки информации более101 5 операций в секунду.Межсоединения в современных ИС занимают до60%площади кристалла, что приводит к наличию больших значений паразитных параметров (емкостей, волновых ·сопротивлений, дефектов и т. д.), которые, естественно, ухудшают характеристики ИС,особенно частотные. В функциональной электронике межсоединения играют незначительную, вспомогательную роль.Для всех устройств функциональной электроники можновыделить ряд характерных элементов и явлений, к которымможно отнести:1)динамические неоднородности определенного типа (поверхностные акустические волны (ПАВ), зарядовые пакеты в приборах с зарядовой связью (П3С), магнитостатические волны (МСВ));2)·континуальные среды, в качестве которых наиболее частовыступают кристаллические твердые тела, но перспективнытакже различного рода полимеры и биологические среды;Глава10.Наноэлектроника и функциональная электроника2793)генераторы динамических неоднородностей, обеспечиваю4)5)устройства управления динамическими неоднородностями;щие их ввод в информационный канал;детекторы вывода и считывания информации, преобразующиезаложеннуювдинамическихнеоднородностяхинформацию в двоичный код, что позволяет использоватьхорошо развитые методы ее цифровой обработки.10.2.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
