L_1 (1075837), страница 5
Текст из файла (страница 5)
Если теперь к полупроводниковому приборуприложить внешнее напряжение плюсом к металлу, а минусом к полупроводнику, то потенциальный барьер снижается, приконтактный слой обогащается основными носителями и сопротивление снижается. Следовательно, притакой полярности внешнего источника, напряжение будет прямым. Если изменить полярность внешнего источника, то потенциальный барьер повышается, и такое напряжение для перехода будет обратным. Таким образом, контакт обладает выпрямительными свойствами. Потенциальный барьер в приконтактном слое называют барьером Шоттки, а приборы на их основе ─диодами Шоттки (рис.1.17а)Преимуществом такого диода является практически полное отсутствиенакопления заряда в базе, так как ток в них образуется за счёт основных носителей, и скопления неосновных носителей не происходит: в диодах отсутствует инжекция неосновных носителей. Кроме того, падение напряжения наоткрытом диоде Шоттки не превышает 0,2…0,4 В (рис.1.18б)За счёт отсутствия С диф диоды Шоттки имеют хорошие переключающиесвойства.
Верхний предел частотного диапазона диода Шоттки достигает десятков гигагерц.Например, если необходимо ограничить насыщение транзистора в ключевых схемах и, таким образом, повысить быстродействие ключа, то достаточно зашунтировать коллекторный переход транзистора диодом Шоттки(рис.1.19)Когда в переходных процессах потенциал коллектора станет отрицательным, диод Шоттки открывается и шунтирует коллекторный переход, устанавливая на нём уровень напряжения 0,2…0,4 В, при котором невозможнавысокая степень инжекции носителей из коллектора в базу.32EкRкVDШЕбVTUвыхРис.1.19.В результате для рассасывания объёмного заряда в базе потребуется гораздо меньшее время, и скорость переключения транзистора возрастает.6. Элементы интегральных схем6.1.Общие сведения об интегральных схемах (ИС)По конструктивно-технологическому признаку различают:а) полупроводниковые ИС (составляют основу современной микроэлектроники)Элементы полупроводниковых ИС выполняются в приповерхностномслое полупроводниковой подложки (ссылка на плакат)В настоящее время различают следующие полупроводниковые ИС: биполярные, МОП (металл-окисел-полупроводник), БИМОП ─ сочетание первых двух со всеми их положительными качествами.Размеры кристаллов у современных полупроводниковых ИС достигает20×20мм2.
Количество элементов, которые можно разместить на одном кристалле, характеризуют степенью интеграции (максимальная степень интеграции составляет 106 элементов на одном кристалле)б) плёночные ИС (содержат только пассивные элементы и, если плёночную схему дополняют активными элементами, то такие схемы называют гибридными (ГИС) ─ на лекции демонстрируются разновидности гибридныхсхем) Существует понятие большой ГИС, но по этому названию нельзя оценивать степень интеграции такой разновидности ИС. Вообще, ГИС ─ это33гибкий, дешёвый, хорошо приспособленный к решению специальных задачтип ИС.Элементы плёночных ИС выполнены в виде в виде плёнок, нанесённыхна поверхность диэлектрической подложки. Толщина плёнок составляет от 1до 2 мкм у тонкоплёночных ИС и от 10 до 20 мкм у толстопленочных.
В состав гибридных схем могут входить дискретные элементы ─ навесные.в) Совмещённые ИС ─ активные элементы выполнены в приповерхностном слое кристалла, а пассивные элементы наносятся на изолированнуюповерхность в виде плёнок.Математические и физические модели элементов интегральных схем несколько отличаются от моделей дискретных элементов: элементы ИС имеютэлектрическую связь с подложкой, а, в отдельных случаях, и друг с другом.Выгодной особенностью ИС является тот факт, что все элементы ИС изготавливаются в одном технологическом цикле, в то время как дискретныйэлемент ─ это конструктивно законченное одиночное изделие.
Но при изготовлении элементов ИС можно изменять только конфигурацию элементов(длину и ширину), и нельзя изменять глубину слоёв и их электрофизическиепараметры. Таким образом, параметры дискретных элементов можно варьировать более свободно, чем параметры элементов ИС.В процессе развития микроэлектроники появились такие «универсальные» элементы как многоэмиттерные и многоколлекторные транзисторы,транзисторы с барьером Шоттки, приборы с зарядовой связью и др.У автора учебного пособия И.П. Степаненко «Основы микроэлектроники» приводится пример, который позволяет оценить значение перехода отэтапа транзисторной техники к микроэлектронике.
Требуется изготовить компактное электронное устройство, содержащее 106 компонентов. Решим эту проблему спомощью дискретных элементов с усреднёнными параметрами: мощностью 15 мВт,размером 1см3 (с учётом межсоединений), массой 1 Г, ценой 50 коп, вероятностью отказа 10-5 ч-1 (вероятностью выхода из строя) Даже упрощённый расчёт такого изделия далтакие результаты: рассеиваемая мощность составляет 1,5 МВт, габариты 100 м3, масса 100 т, стоимость 50 млн. руб (без учёта затрат на изготовление изделия)На его монтаж, даже при двухсменной работе, потребуется 10 чел.-лет, частота отказа элементов составляет 1 отказ за 3 сек. Следовательно, устройство получилось очень громоздким и тяжёлым и, самое главное, неработоспособным.34Особенности ИСОсновой современных процессов изготовления ИС остаётся фотолитография.
ИС относится к разряду электронных приборов, но, в сравнении сдискретными диодами и транзисторами, ИС является качественно новым типом прибора. В связи с этим выделим четыре особенности ИС:а) ИС может самостоятельно выполнить достаточно сложную функцию(например, усиление), а дискретный элемент может выполнить эту же функцию только в сочетании с другими компонентами. Эта особенность ИС ─главная;б) повышение функциональной сложности ИС не ухудшает, а улучшаетосновные показатели (повышается надёжность, снижается стоимость, отсутствует сварка, пайка и т.д.) Чем выше степень интеграции ИС, тем лучше этипоказатели;в) в ИС отдано предпочтенье активным элементам, а не пассивным, какэто имеет место в дискретной транзисторной технике: в ИС задаётся не стоимость элементов, а стоимость кристалла.
Активные элементы в ИС занимаютгораздо меньшую площадь, чем пассивные, поэтому в ИС сводят к минимумуколичество и номиналы пассивных элементов (резисторов, конденсаторов);г) поскольку в ИС смежные элементы расположены друг от друга наминимальном расстоянии, то у этих элементов обеспечивается незначительный разброс параметров;д) в заключение этой главы стоит привести несколько цифр, по которымможно судить о масштабах развития такой перспективной науки как нанотехнология.
В России в 2007 году была принята Национальная нанопрограмма.Примерно 95 % всех ИС сейчас производится на основе кремниевыхтехнологий; в 2002 году было обработано 27 миллиардов см2 кремния (поплощади это эквивалентно примерно 500 футбольным полям), а стоимостьисходных материалов при этом составляла около 6 миллиардов долларов.О затратах:в 1973 г один мегабит памяти в ЗУ обходился потребителю в 75000долларов, за 10 лет его стоимость снизилась до 90 долларов, в 1995 году онасоставляла 3 доллара, а сегодня равна уже 5 центам;Количество транзисторов на одном чипе за каждые 18 месяцев примерноудваивается; в 1970 г число транзисторов на одном чипе составляло примерно 4000, через 20 лет – около миллиона, а к 2007 г на один процессор прихо-35дится около миллиарда транзисторов.
К 2020 году топологическая ширинаэлементов ИС в чипах составит около 23 нм (вместо 90…130 нм на сегодня).7. Теоретическое обобщение по теме 1-го разделаЛекционная часть теории по полупроводниковым переходам, контактами полупроводниковым диодам включает в себя не только аудиторную частькурса, но и материал, по учебному плану предназначенный для самостоятельного изучения.
В данном разделе ─ это тема «Диоды специальногофункционального назначения» (стр 22 ÷ 32) Для получения более подробнойинформации, пользуйтесь дополнительной литературой, предложенной преподавателем в конце всего лекционного курса..
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
