Щука А.А. Электроника (2005) (1152091), страница 155
Текст из файла (страница 155)
Например, фазированные антенные решетки, пинии задержки с дискретным или непрерывным управлением, селекторы СВЧ-импульсов с линейной частотой модуляции и т. и. 4.2.Б. Ганноаские приборы В полупроводниковой континуальной среде с Азобразной объемной вольтамперной характеристикой возникает генерация высокочастотных колебаний электрического тока, представляющая собой эффект Галка. Генерируется линамическая неоднородность в виде электрического домена, которая на зывается Доззекож Галка (рис. 4.28).
Если к торцам кристалла СаАз и-типа длиной 1, обладающего У-образной ВАХ, приложить напРЯжение ст такое, что Е э< ьЧ/<Е„„„, то возникают локальные флУкгУацин плотности заРЯда (Рис. 4.28, а). Эта флУктУациЯ величиной Л'ь Л'. Расположена на палаюшем участке ВАХ в области отрицательной дифференциальной проводимости (рис. 4.28, б, в). Напряженность поля вследствие флуктуации возрастаез на величину ЬЕ, а плотность тока у в области Х, <Х<Х, окажется ниже, чем вне области. Электроны, движущиеся против сил поля, начинают скапливаться вблизи Х, и образовывать отрицательный заряд.
На ко ординате Х, остается нескомпенсированный положительный заряд (рис 4.28„в) Образу ется электростатический домен, обедненный свободными электронами. Пол воздействием электрического поля ломен перемещается в континуальной среде е от катода к анодУ со скоРостью дРейфа электРонов Рле ПО' — НО м!с). На аноде пРоисхолит рекомбинация электронов или их детектирование. динамическая неоднородность расла 4. Функциональная полулроводниковая электроника 721 дается, вызывая импульс тока во внешней цепи. Форма импульса тока привелена на рис. 4.31, г. Одновременно у катода зарождаегся новая динамическая неодноролность в виде ломена и процесс повторяется.
Размер домена составляет Ля = 1О+ 20 мкм. Специфичность эффекта Ганна сосюит в том, что преобразование мощности постоянного тока происходит во всем объеме среды, а не в узкой облаши, например, р — и-переходе. Поэтому генераторы на основе эффекта Ганна имеют значительную мощность. В качестве среды используются!пР, СЙТе, 7пб,!пЯЬ, 1плэ птипа, а также в Ое ртипа с характерным размером --- 1 мм. в) б) в) Рис. 4.2в.
устройство на доменах Ганна (в), Вдх (е), распределение поля в полупроводнике (в) и форма импульсов генерации(г) На основе эффекта Ганна разработаны конструкции процессоров и памяти. Рассмо~рим некоторые из них. Управление импульсами тока может производиться функцией, являющейся произведением профиля легирования среды на площадь поперечного сечения образца, По существу эта функция определяет заряд электростатического домена. В этом случае легко генерировать колебания тока сложной формы, придавая соотвез.ствующую форму образцу (рис. 4.29, а). Форму колебаний можно задавать также с помощью профиля металлического контакта на поверхности образца, описываемого заданной функцией )(Х), В этом случае процессор произведет преобразование функции коорлинатЯХ) во временную функциюЯ)) Металлический электрод изолируется от образца диэлектрической пленкой (рис.
4.29, б). На основе прибора Ганна, неудачно названного диодом, можно реализовать устройства логики, используя два его состояния: омическое (без домена) и с доменом сильного поля. В диод Ганна вводится устройство >правления в виде затворов Шоттки, которые расположены перпендикулярно направлению тока. В таком приборе можно стимулировать или подавлять ганновский домен, а значит формировать нужную логическую функцию.
Часть (И Функциональная электроника т22 а) Рис. 4.29. Общий вид образцов и форма генерируемых импульсов тока (а). прибор с профилированным электродом (б) Диоды Ганна могут быть использованы в устройствах памяти высокого быстродействия (-1О" с). Как правило, как элементы памяти, так и ЗУ реализуются на диодах Ганна, -чо обьединенных в устройство на основе различных схемотехнических решений, и особого интереса для практической электроники не представляют.
Контрольные вопросы 1. Что такое функциональная полупроводниковая электроника? 2. Какие днналшчсские неоднорошюсти полупроводниковой природы вы знаете? 3 Как устроена линия задержки на ИЗС-структурах? 4. Что представляет собой трансверсальный фильтр, реализованный на ИЗС-структуре? 5.
Что такое линейный ФПЗС я как он работает? 6. Что такое матричный ФПЗС и как он работаетз 7. Что такое цифровые процессоры на 1!ЗС-структурах? 8. Какие прннгшпы лежат в основе конструкции заполгннаюшсго устройства на ПЗС-струл гурах? 9. Как использовать в качестве фильтра сигназов линию задержки, реазизоваггную на ИЗС-структурах? 1О.
Как реализовать операции суммирования и вычитания на ПЗС-структурах? ! 1. Как реализовать функции И, ИЛИ на ИЗС-сзруктурахт 12. Что такое БИСПИН-прибор н какими свойствами он обладает? 13. Что такое волны пространственного заряда и какими свойствами они обладают? 14. Опишите конструкцию монолитного конвольвера на ВПЗ 15. Что такое домен Ганна. и прн каких условиях он возникает? 16.
Опишите конструкцию процессора на доменах Ганна. Рекомендуемая литература Булгаков С (', Кнаб О Д, Лысенко А. П, Момайф А БИСИИН вЂ” новый пдибоР м~зкйозлек тропики: Обзоры по электронной технике. Сер. 2. — Мз1(НИИ ?Влелзроника", вып. 6(1563) 71 с.. 1990. 2. Бузаиева 1х В. Мнкрос~рукззры интегральной электроники. — - М.. Радио и связь, 1990.
4. Функциональная полупроводниковая электроника угз 3. Кузоенов )О. А.. !Нилин В. А. Микросхемотехника БИС на приборах с зарядоной связью. — Мл Ралио и связь, !988. 4. Носов 1О. Р., Шилин В. А. Основы физики приборов с зарядовой сластью. — Мл Наука, 1986. 5. Рычинау. А., Зеленский А. В. Устройства $ункниональнойз электроники н элекцэорадиоэлементы. Учебник для вузов. — Мэ Радио и связь, 1989. б.
Стелин В. Я. Применение микросхем с зарядовой связью. — Мл Радио и связь, 1989. 7. Шука А. А, Функииональная электроника. Учебник для вуюв. — Мл МИРЭА, 1998, 5. Функциональная ыагнитоэлектроника 5.1. Физические основы фу>гки>гола>алая л>агкилю>электронлка представляег собой направление в функционачь ной электронике, в котором изучаются магнитоэлекгронные эффекты и явления в магии. тоупорядоченных континувльных средах, а также возможность создания приборов и устройств обработки и хранения информации с использованием динамических неоднородностей магнизоэлектронной природы. Магнитное упорядочение заключается в существовании определенной закономерности расположения элементарных магнитных моментов атомов, ионов, электронов.
Простейшие типы магнитного упорядочивания наблюдаются в ферри- и ферромагнетиках. греррочаглетик представляет собой вещество, в котором ниже определенной температуры 1точки Кюри) большинство атомных магнитных моментов паразлельно друг другу и вещество обладает самопроизвольной (спонтанной) намагниченностью. Под феррил>г>гнеаиками понимают магнетики с несколькими магнитными подрешетками и с отличным от нуля суммарным магнитным моментом. Магнитное упорядочивание в любых классах магно>иков исчезает при температуре выше точки Кюри для ферромагнетиков и точки Несла для ферри- и антиферромагнетиков. 5.1.1. Динамические неоднородности в магнитоэлектронике В континуальных мап>итоупорядоченных средах существует несколько видов физических носи~елей информационного сигнала — динамических неоднородносзей.
Д>ыилдрлческве >магнитные домены ПхМД) представляют собой изолированные одно родно намагниченные подвижные области в ферро- или ферримагнетиках. ЦМД, которые имеют форму круговых цилиндров и направление намагниченности, противоположное направлению намагниченности магнетика. ЦМД возникают при определенных условиях в тонких монокристаллических пластинках или пленках ферритов, обладающих сильной одноосной перпендикулярной анизотропией. Единственная ось легкого намагничивания направлена перпендикулярно поверхности континуальпой среды, в которой формируются динамические неолнородности в виде ЦМЛ >рис.
5.1). устойчивое равновесие цМд полдерживается под действием трех сил: сжив>ающей силы со стороны внешнего магнитного поля, магнитостатической силы растягивания домена за счет "магнитных зарядов", сжимающей силы поверхностного ната жения домена. Изолированный ломен существует в определенном и>зтервале значений внешнего поля где Н ч — пОле, пРи котоРом ЦМД Расткгиваетса в полосовой домен, Нм„— поле, пр" котором ЦМД схлопыввется — коллапсирует.
Значение этих полей зависи~ от отношени" толщины щелки к ее характеристической длине. 725 б. Функциональная магнитоэлвктроника Рис. 6Л. Изолированный ЦМД: т — в пленке феррита-граната; 2 — ЦМД; 3 — стенка Блоха; 4 — вектор намагниченности соседнего домена, 5 — вектор намагниченности домена; б — попе рассеяния домена ЦМД можно перемещать в пленке воздействия на него полем Н„,.
Скорость перемещения определяется соотношением Р = —,' бН„„— — Н, — 1+ !О м!с, р/ 8 где ЛН„„— изменение напряженности внешнего поля на расстоянии, равном диаметру домена, рх — подвижность домена, Н, — коэрцитивная сила материала. Перехол вектора намагниченности из одного положения в другое происходит на границе раздела между двумя доменами. Эта граница или переходной слой называется дииекнои границей, и различают следующие их типы. Неелевския грияини существует в очень ~онких магнитных пленках (менее 30 нм). Вектор намагниченности ориентирован по оси легкой намагниченности (ОПЛ), поворот атомных магнитных моментов в границе происходит только в плоскости пленки.
Ьдоховскоя грикяяи сущесз.вует в пленках толщиной более 100 нм и во всех массивных ферромагнетиках. Разворот магнитных моментов возможен как по часовой (правовинтовая граница), так и против часовой стрелки (левовинтовая граница). Особенностью блоховской доменной границы является отсутствие на ее краях магнитных зарядов. Промежуточным ~ином является граница с поперечными связями, существующая в пленках толщиной от 30 до 100 нм.
В настоящее время значительный интерес представляют вертикальные блоховские линии (ВБЛ) в паласовых доменах. ВБЛ являются одним из типов динамических неоднородностей и на их основе созданы приборы для обработки и хранения информации. В двоичном исчислении логические "1" и "0" образуются наличием или отсутствием ВБЛ. Расстояние между соседними ВБЛ доста~очно мато, поэтому в стенке одного такого полоскового домена можно хранить множество оитов информации. В паласовом домене размером 0,5 мкм можно хранить до 100 бит информации. Динамические неоднородности в виде ВБЛ, переносящие или хранящие биты информации, считываются на одном конце полоскового ломена и генерируются (записываются) на другом (рис. 5.2).
В оптических дисках со стиранием и перезаписью информации используются домены в дисках из тербий-железо-кобальтового сплава с точкой Кюри 240 'С. Домены первоначально ориентированы в одном направлении (рис. 5.3, и). При воздействии лазерного из- Часть /(г'. Функциональная электроника Рис. 6.2. Фрагмент полосового домена с тремя парами ВБЛ. представляющие собой логические единицы Рис. В.З. Динамика обращения домена в оптическом диске В функциональной магнитоэлектронике в качестве динамических неоднородностей часто используются резонансы и волны.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
