Щука А.А. Электроника (2005) (1152091), страница 145
Текст из файла (страница 145)
Прн э достигается разрешение - 40 линумм, эффективность считывания - 10д и контраст '. а 10:1 3. Функциональная диэлектрическая электроника ВВЗ Стирание информационного массива можно осуществить путем освещения всей поверхности и одновременной подачей на слоистую структуру отрицательного напряжения (-35 В). При этом динамические неоднородности в вице сегнетоэлектрических доменов возвращаются в исходное состояние.
Это устройство обработки информации в русской терминологии называют еще "Сегнот" — сегнетоэлектрическое отображение. В дальнейшем эта конструкция процессора стимулировала появление аналогичных устройств на основе слоистых структур "сегнетокерамика — фотопроводник".
К ним относятся, например, КЕРАМПИК 1СЕКАМР1С, СЕВАМ!с Р1СШге), континуальной средой в котором служит крупнозернистая керамика (РЬаэоьао.пЕгкыТ1кзз)кэз01 с размсром зерен — 3,0 мкль В процессоре такого типа в качестве континуальной среды используется сегнетокералзика толщиной 250 мкм, обладающая свойством локально деформироваться и, таким образом, распределение поверхностной деформации соответствует распределению переполяризовавшихся участков. Амплитуда деформации составляет 0,5 мкм и шлирен-методом можно получить увеличенное изображение в отраженном свете с разрешением до 100 лин!мм. Слоистая структура может применяться в качестве оптических процессоров, в частности для преобразования входного некогерентного изображения в выходной когерентный сигнал, что используется в голографических ЗУ.
Весьма перспективно применение таких структур в процсссорах сложения и вычитания информационных массивов. В этих устройствах используется способность ссгнетоэлсктрика к устойчивому частичному переключению в пределах от — Радо + Рз под действием электрического поля. В устройстве, аналогичном известной конструкции ФОТОТИТУСа, операции сложения изображений можно применять для увеличения отношения сигнал/шум в процессе обработки изображений, Операцию вычитания изображений можно использовать для обращения изображения — преобразования позитивного изображения в негативное, дифференцирования изображения, выделения слабоконтрастных контуров.
Слоистые структуры типа "сегнстоэлектрик — фотополупроводник" можно использовать в основе устройств памяти, оптических процессоров, устройств отображения информации. Контрольные вопросы Что такое функциональная диэлектрическая электроника? 2. Какие типы динамических неоднородностей лиэлектрнческой природы вы знаете? 3. Что такое сегнетоэлектрнческий домен? Какими свойствами он обладает? 4.
Опишите устройство памяти на основе сегнетокерамики. 5. Опишите консзрукцию и принцип работы процессора типа ФЕРПИК. Рекомендуемая литература Барфут Дж., Тейлор Дж. Полярные диэлектрики н их применение. — Мс Мнр. 1981. 2. Кузьминов 1О.С. Сегнетоэлектрлческие кристаллы для управления лазерным излучением.— Мс Наука, 1982. 3.
Щука А. А. Функциональная элелтронлка. Учебник лля вузов. — Мз МИРЭА, 1998. 4. Функциональная полупроводниковая электроника 4Л. Физические основы Функциональная полупроводниковая электроника является направлением в функцнональ ной электронике, в котором изучаются взаимодействия динамических неоднородностей в полупроводниковых континуальных средах с физическими полями, а также возможность создания приборов и устройств для преобразования и хранения информации.
Одним из основных отличий приборов и устройств полупроводниковой функциональной электроники от аналогичных услюйств полупроводниковой схемотехнической электро ники является способ обработки информации. В приборах и устройствах функциональной электроники для обрабоз.ки и хранения информации используются динамические неоднородности различной физической природы, в приборах же схемотехнической микроэлектроники — — различные схемные решения на основе транзисторных структур. Если в устройствах функциональной электроники развивается принципиально новый подход к методам обработки и хранения информации, связанный с использованием динамических неолнородностей в качестве носителей информационного сигнала, то в традиционных устройствах полупроводниковой электроники используются либо классические схемотехнические решения, известные со времен дискретной электроники, либо новые технические решения, использующие уникальные возможности микроэлектронной технологии, обязательно связанные с созданием в строго регламентир!емых технологических процессах различных статических неоднородностей.
4.1.1. Динамические неоднородности в полупроводниках В состоянии термодннамическо(о равновесия электроны проводимости и дырки в поту проводниках движутся хаотически. Направленное движение, или дрейф, электроны н дырки приобретают под действием внсц(него электрического поля Е . Скорость лрейфа определяется выражением г,(, =ИВ ° эя— тле И вЂ” подвижность носителей заряда, значение которой лежит в пределах от !О до !О см,(В с Носители могут объединяться в группы, называемые зарядовыьни лаке(ппн . — 3 2 ьмаь Величина зарядового пакета определяется количеством сконцентрированных носителе елей, его скорость перемещения в полупроводнике — соответствующими электрическими п и по- лями. Зарядовые пакеты, состоящие из электронов или дырок, представляют собой ли ина- мические неоднородности полупроводниковой природы.
Величина зарядового пакета определяется физическими параметрами среды и топологией емкостнсй отру«турьи д — бг.;.„Е(„, гле б — плов(адь затвора, С,„-- с„в,('!ь(- — удельная емкость подзатворного днэлек Р т ика, е„и ея — соответственно диэлектрические проницаемости окисла и вакуума, ь(„— и мак- 4, Функциональная полупроводниковая электроника ббб симальное напряжение на затворе, ла — толгцина подзатворного диэлел-грнка. Верхнее предельное значение поверхностной плотносзи зарядов оценивается величиной Д„„, = 5х10 Кл см = 3,!3х)0 ~электронов1см', а нижнее— Д„„„= 5х10 "Кл см ' = 3,13х10 электронов1см ". Критический уровень величины зарядового пакета, соответствующий значению логической единицы, оценивается величиной К,„,.
= 1О электронов!см . Если приложить к полупроводнику внешнее магнитное поле, перпендикулярное к направлению дрейфа носителей, то под действием силы Лоренца носители отклоняются в соответсз вин с известным эффектом Холла. В сильных электрических полях напряженностью 10'+ 10' Вусм наблюдается изменение распределения носителей по энергии в сторону увеличения средней энергии.
Изменяется подвижность, время свободного пробега, коэффициент диффузии. Разогрев носителей способствует возникновению горячих электронов и приводит к отклонению от закона Ома Е= р1, где 1 — плотность тока, Š— напряженность электрического поля, р — удельное сопротивление полупроводника. Возникает отрицательное дифференциальное сопротивление (ОДС) или озрицательная дифференциальная проводимость (ОДП). Это явление связывают с переходом электронов, стимулированных электрическим полем зоны проводимости, из низкоэнсргетической долины, в которой их подвижность относительно велика, в высокоэнергетические долины с меньшими значениями подвизкностей носителей.
Флуктуации концентрации свободных носителей в среде с объемным отрицательным удельным сопротивлением генерируют пространственный заряд. Различают два типа полупроводников, обладающих объемной неустойчивостью. У некоторых полупроводников удельное сопротивление при определенных значениях напряженности поля резко и нелинейно увеличивается !рис. 4,!,а). Приборы на таких полупроводниках имеют У-образную вольтамперную характеристику и относятся к полупроводникам с ОДП (рис.
4.1, е). В полупроводниках такого типа возникают электрические домены, движущиеся по направлению тока (рис. 4.1, д). Эти домены характеризуются тем, что их поле значительно больше, а концентрация носителей в них меньше, чем в остальной части полупроводниковой среды. В этих полупроводниках возникает внутренняя положительная обратная связь по напряжению, Домены получили название доменов Ганна и также представляют собой динамические неоднородности.
Линейные размеры таких доменов лежат в пределах нескольких э микрон, скорость перемещения составляет.- 10 м1с, электрическое иоле в нем постигает значения 10 В)см. Если домен не образуется, то в полупроводниковой конзинуальной среде могут возникнуть волны пространственного заряда. В другом типе полупроводников набшодается падение удельного сопротивления с ростом напряженности электрического поля. Этот тип полупроводников относят к полупроводникам с ОДС. Приборы, изготовленные на основе таких полупроводников, имеюз Ьъобразную характеристику с положительной обратной связью по току (рис.
4.1, а). В приборах с б-образными ВАХ возникают динамические неоднородности с высокой плотностью тока, называемые люковыми шкурозт !рис. 4.1, е). Токовые шнуры могут Часть! (г'. Функциональная электроник быть использованы в качестве динамических неоднородностей только при условии, если плотность тока в шнуре существенно меньше значения пробоя полупроводника и посл~. дующего необратимого процесса его разрушения. а) б) а) е) Рис. 4.1. Зависимость удельного дифференциал~ного сопротивления от напряженности электрического поля для двух типов полупроводников. е, е — дпя приборов с доменами и Аьобразным ВАх; б, г — для приборов с токовыми шнурами и 3-образными ВАх. Формирование домена сильного поля (д) и токового шнура высокой плотности (е] В полупроводниках, обладающих пьезоэлектрическими свойствами (Те, Бе, Сбб, Сббе ХпО, ОаАз,!пКЬ), в результате электрон-фононного взаимодействия поток носителей сшновится интенсивным излучателем упругих волн.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
