Щука А.А. Электроника (2005) (1152091), страница 40
Текст из файла (страница 40)
Электрическая связь осуществляется через электрическую емкость, другими словами, через электрическое поле, генерируемое зарядом на затво)ю. Элеьзрическое поле эффективно влияет на движение заряженных носителей в канале полу"роводника. В МОП-транзисторе в инверсном канале ток образуется носителями только олного знака.
Поэтому этот тип транзисторов иногда называют унилолярньпг(рис. 1.5). ак и оиполярный транзистор, полевой МОП-транзистор обладает способностью усиливать эле "ектрический ток. Однако в этом случае усиление происходит по напряжению, а не по так оку, как в биполярном транзисторе, В на настоящее время транзисторы по-прежнему являются основной пролукцией полупроводн дниковой промышленности. Оии составляют 60 — 70ой рынка сбыта дискретных прибо- Р в. Ныне примеишотся три типа транзисторных структур: биполярные, полевые и так паз~ азываемые Гтя(О)д представляющие сочетание первых двух. Биполярные транзисторы вып Ускаются маломощные (до 1 Вт), срелней мощности (1 — 20 Вт), высокой мощности Часть П.
Микроэлектроника 196 !более 20 Вт). Они работают на высоких частотах — свыше 1 ГГц. Маломощные транзиоры весьма миниатюрны н используются в схемах специального назначения, гибрид. ных интегральных схемах и т. п. Мощные транзисторы широко используются в выходных цепях усилителей низкой частоты, генераторах, схемах управлении, в качестве репейных элементов, в сервоусилителях, сенсорных переключателях и т.
и. Наметилась тенденция создания высоковольтных, ьомплементарных. высокочастотных мощных транзисторов Коэффициент усиления ряда транзисторов достигает значения 5х10 и более, рабочие напряжения около 500 В, пиковые значения тока до 200 А; они сохраняют способность работать при температурах корпуса порядка 100 'С. В мировой электронике идет конкурентная борьба за создание мощных транзисторов дециметрового диапазона для использования в бортовом и наземном оборудовании в диана зоне частот 225 --400 МГц.
'1'ипичное усиление таких транзисторов составляет 8 — 9 дБ Перспективным прибором является биполярный транзистор с проницаемой базой, который сможет работать на частотах 1О ГГ ц и более. В последние голы в производстве полупроводниковых приборов отмечается возрастание роли полевых транзисторов из арсенида галлия с затвором на основе барьера Шотткн. разрабщаны компактные приборы на частоте до 40 ГГц с коэффициентом усиления оз 4 до 14 дБ и козффицнентоьз шума в пределах 0,5 — 4,0 лБ.
Значительный прогресс достигнут в области мощных полевых СВЧ-транзисторов. Приборы этого типа рассчитаны на частоту 4 — 25 П ц с коэффициентом усиления 3- — 6,5 дБ, выходной мощностью 20— 45 дБ и КПД до 40ож Ведутся разработки мощных высоковольтных полевых транзисторов. Разработаны транзисторы с рабочим напряжением до 500 В, работающие при токах 20 А в непрерывном н 50 А в импульсном режимах; типичное время включения составляет 60 нс, выключения — 200 нс. Этот тип транзисторов найдет применение в схемах управления электроприводом, электронных устройствах автолюбплей, системах робототехники, управления станкал|и.
1. !.4. Третья транзисторная революция— рождение микроэлектроники Бурное ршвшие дискретной полупроводниковой техники, возможность автоматизации производства таких структур привели к идее интеграции. Эта идея, в сущности, не нова. Еше до Второй лтнровой войны были попытки изготовления интегрального устройства, объелиняющего резистор с конденсатороч для катодной цепи элелтровакуумной лампы. Идея це была реализована потому, что выход годных резисторов и конденсаторов был слишком низ. ким. Ситуация в корне изменилась при интеграции пол> проволниковых приооров. И тут уместно вспомнить любопытный фаьг. В начале 50-х годов, когда транзисторы были еще модной игрушкой в лабораториях ученых, а промышленная техника нзготовлялась на элеьтровакуумных лампах.
инженер нз Великобритании джеффри даммер предложил изготов лять электронное оборудование в аиде тверлого олока из полупроводниково~о материал~. В таком блоке отсутствуют соединительные провода, он включает в себя слои изолирую щих, проволящих, усиливающих, выпрял1ляющих структур, которые в целом надежно выпол няют заданные функции. Эта мысль звучала как анекдот даже в аулиторни ннятенеров электриков Мало кого интересовали тогда транзисторы вообще, а проблема их надежно сти вовсе никого не волновала.
Это выступление потонуло в море информационных сообш бшений. Его "раскопази", но не инженеры, а историки науки лишь через 25 лет! Идея интегра ции в полупроводниковом производстве пришла с другой стороны — со сюроны технологИ гни в электронном материаловедении. ! 1 )я(икроалектроника вчера н сегодня 1 1959 году было предложено использовать трап>неторные стрултуры, соединенные проводни« ивами в пределах одной пластины. Такие зранзисгоры получили название иял>егредьяых, а .„>стеллы стали называть икте;ргмьяыэ>и сте>поэт (ИС). Заслуга изобретения ингеграль„„схем принадлежит двум исследователям, каждый нз которых сделал это независимо руг от друга. Причем оба ничего не знали об идее Дал>мера, даже не слышали о нем са,г,м Это были Джек Сент Клер Килби из фирмы Техаз (пз(пнпепм и Роберт Н. Нойс из фирмы Ра(гс(>йг( бе~и!сопбцсгог. д Килби предлагал коммутировать дискретные полупроводниковые элементы тонкой золоой проволокой, С этой целью он изготовил резисторы, положив в основу омические свойства тела полупроводника, а в качестве конденсаторов использовал обратносмеше>шые р — и- переходы, вырезанные из полупроводника.
Из одной нз диффузионных областей путем фоогравировкн изготавливался мезатранзистор. Так была создана первая твердая схема. При всем очевидном прогрессе эта схема не позволяла оптимизировать параметры элементов, выход годных составлял около 10%, неэкономичность производства и невозможность доработки схемы поставили вопрос об ее внелрении в производство. В схеме Р. Нойса фирмы Ра(гейбл Беш(сонг(г~сгог была внедрена идея изоляции отдельных элементов с помощью обратносмещенных р — -п-переходов, а коммутация элементов осуществлялась через отверстия в окисле с помощью иапыляемых металлических токоведуших дорожек (рис.
1.6). Это изобретение в 2000 году бьшо отмечено Нобелевской премией, которую получил Ж. Килби. К сожалению, Р. Нойс до этого дня недож>ш. С усложнением схем резко возрасла стоимость ме>ксоединениг> дискретных элеме>пов. Нукно было решить две проблемы. Во-первых, разработать пассивные компоненты (резисторы и конденсаторы), а во-вторых, преодолеть ограничения, связанные с и>цеграпией — оптимизировать параметры индивидуальных компонентов в схеме, преодолеть синдром невысокого процекш выхода п>дных, получить возможность изменять функции дорогой и трудоемкой схемы.
Первая проблема решалась довольно просто, ключом к ее решению сила технология, с по>>ощью которой уды>ось получигь участки кремния с различной проводимостью и тем саь'ым изготовлять сопротивления в определенных областях транзисторной структуры. В основу конструирования микроэлектронной емкости были положены обрагнссмещенные р — и-переходы транзисторных структур. ~то касаешься второй проб>>ел>ы, то многие годы удавалось преодолевать ограничения, связанные с интеграцией. удаякзось до определенного времени, пока новые разработанные техно'зогнческие процессы позволяли получать выход годных близкий к 100%.
П Режде всего, на фирме Ра(гсЬ!б удалось пассивировать поверхность кремния его же окисо" Там же был разработан процесс создания базы в коллекторе методом диффузии. Это позв г вводило соединять все трн ооласти транзистора путем напылении на окисел токоведущих дорожек. На фи ч>ирь>е Вей Те(ер1юпе 1 абя в 1960 году разработали эпктакснолы>ый.нсл>од наращивания слоев ев на монокристаллическом кремнии. Именно >тот процесс позволил создавать транзистор„, Р"ые структуры с воспроизводимыми парамеграмн, повысить выход годных, снизить сгони нх>ость. Такич способом удавалось на прочной толстой подложке создать транзисторы с тонко- " "ой оазой. Открывалась возможность разработки высокочастотных транзисторов болыпой мош>, "ности.
На рис. 1.7 показана первая промышленная ИС, выполненная по тгой техно- "и ни. Часть Iй Микроэлектроника рис. 1.В. Первый интегральный прибор — триггер, поступивший в продажу. Четыре зрвнзисгора и — р — и-гипа и два резистора, скоммугированиые алюминиевыми токаведущими дорожками. 19б1 год Рис. 1.7. Первая промышленная МС, выполняющая функцию триггера пс схеме диодна-транзисторной логики. Фирма гагсьй. 1964 год Таким образом, наряду с дискретной полупроводниковой электроникой появилась игоисадпгы~ая элскгггроннки (ИЭ). Этот термин отражает идею интеграции элементов. Позже за этим направлением в элелтронике прочно закрепилось название швкроэлекглдояики.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
