Щука А.А. Электроника (2005) (1152091), страница 42
Текст из файла (страница 42)
В такой консгрукции полевого транзистора исток и а:ок располагаются один над другим на небольшом расстоянии. Эмитируемые из исюка электроны благодаря своим волновым свойствам проходя~ мсжэлектродное расс~ояние в кристаллической структуре по баллистическим траекториям без рассеяния. Если сделать расстояние между истоком и стоком или канал проводимости коротким, то быстродействие транзистора станет очень высоким. Разработаны транзисюры на баллистических элеюронах, использукпцне в качестве инжекторов электронов туннельный барьер. Конструктивно ~акой инзкектор выполнен в виде тонкого слоя нелегированного твердого раствора А1ОаАз, который располагается межлу уже легированными областями ОаАз.
Эти области имеют высокую плотность электронов. Такая конструкция была извесгна еще под названием вертикальный лгракшолор. Заметим, что это полупроводниковые приборы на горячих электронах. Другими словами, электроны хотя и претерпевают много столкновений, тем не менее обладают высокой скоростью, а следовательно, высокой энергией. Первый такой транзистор был изпловлен из легированного кремния в 1979 году Дж. Шенноном из фирмы Рй1йря. Спустя два года, в 1981 году в Корнельском университете был разработан транзистор на арссниде галлия.
Прибор имел два барьера с легированной плоскостью, где происходил перенос горячих электронов. Масштабы миниатюризации электронных схем, достигнутые сегодня, поражают воображение специалистов даже больше, чем непосвященных в тайны микротехники. Выдающийся физик современности, лауреат Нобелевской премии 2000 года академик Жорес Иванович Алферов разработал теорию низкоразмерньж электронных явлений, а также технологию производства гетеросгруктур. Эти приборы и устройства широко используются в системах телекоммуникаций, передаче сложных изображений. А что булсг завтра? Каким станет транзистор хотя бы в ближайшие 1О лет? рогнозируется, что через 1О лет минммальные топологические нормы составят 0,01 мкм. "1сследователи найдут новые технологические решения, позволяющие объединить цифровые и аналоговые методы обработки информации.
Кон овец начала или начало конца микроэлектроники? 1.1 6 Линии развития, параллельные транзистору Исса следование транзистора, поиск его оптимальных конструкций занимали умы многих иссл ~~едователей в мире Транзисторы и другие полупроводниковые приборы стали основой " Многих исследовательских программ. Изоорстательский дух и творческая атмосфера, кото сторые способствовали созданию транзистора, выдвинули электронную промышлениост ость в ряды самых динамичных отраслей. Б полупроводниковой электронике, как в фо- гог Часть!!.
Микроэлектроника кусе, сконцентрировались достижения физики твердого тела, квантовой механики, криталлографии, материаловедения и других областей фундаментгшьных и прикладных наук Если в 30 — 40-с годы 90'й~ объема продажи изделий ламповой электроники концен. трировалось в основном вокруг радио~ехнических устройств, то уже в 50-е голы на радиооборудование приходилось не более 20'Ь. Исследованин и разработки новыл изделий полупроводниковой электроники все время возрастают, оказывая существенное влияние на прогресс в смежных областях науки и техники. Этектронныс предприятия ежегодно расширяли номенклатуру своей продукции, рос приток инженеров как в электроннук> прочь>шленность, так и в исследовательские центры по электронике.
Широкий фронт исследований в современной полупроводниковой электронике позвали.з придать многим теоретическим изысканиям большую практическую направленность. В !930 голу советский ученый 5!ков Ильич Френкель высказал идею, согласно которой при поглощении излучения в кристалле возникают два типа возбуждения: фотоактивный и нефотоактианый. При этом алек~ран связывался с образованной им дыркой в единую нейтральную систему, которую с1>ренкель Я. И. назвал эхситонол>. В 1952 году было экспериментально доказано существование экситона — квазнчастицы, соответствующей эчектронночу возбуждению кристшьчов полупроводника или диэлектрика. Выяснилось, что экситон способен мигрировать по кристаллу без переноса электрического заряда и массы.
Было отмечено существование в инерционной поляризующейся среде особого квантового стационарного состояния алек~рона -- поллраиа. На это впервые указали советские физики Лев Дмитриевич Ландау )1933 г.) и Яков Ильич Френкель (1936 г.). Конг>епция полнронов существенно повлияла на развитие ~сории полупроводников. Интересные резуль~аты были получены при изучении воздействия корпускулярного облучения на физические свойства полупроводников, предвосхитившие разработку метода ианиагалегироиат>н и >ирааленил в микроэлектронике.
Группа исследователей, используя введенный У. Шокли принцип транзистора с ловушкой в коллекторе, в середине 50-х годов предложила конструкцию твердотельного тиратрона путем добавления к транзисторной структуре еще одного р-и-перехода. Такая транзисторная конструкция, полученная на основе р †и †-р — л- или и — р — и--р-структур и названная тиригторат, обладала бистабильными ларактеристиками и способностью переключаться нз одного состояния в другое. В зависимости от способа включения р †лпереходов различали тиристоры диодные Гдилислюры) и триодные Гл>рттслгоры).
Г>лаго- даРя двум устойчивым состояниям и низкой мощности рассеяния в этих состояниях тири стары нашли широкое применение в устройствах для регулирования чощности, в алек тропреобразовательных высоковольтныл устройствах и т. п. Пожалуй, наиболее интересным случаем, когда фундаментальные исследования привел~ к появлению полупроводникового прибора, явилось создание туннельного диода.
5)ноп> образие функций, ко~орые он мог выполнять )генерирование и усиление электромагнигных колебаний, переключение, преобразование частоты и т. д.), по технической значимости поставило создание туннельного диода вровень с открытием транзистора. Работа>у>' цельного диода основана на туннельном эффекте, в соо~ветс~вии с которым частицы могли с определенной вероятностью проникать через аысокопотенциальный барьер. Этот эффект был предсказан в 1939 году русским ученым Георгием >лнтоновичем Гамовым Диод на его основе был создан в 1958 году японским физиком 51ео Эсаки.
Он сумел сформировать чрезвычайно резкий переход между очень сильно легированных>и р- н " областями в германии так, чтобы обедненная область в диоде оыла очен~ топкой. Прила. 1 64нкроэлекгроника амера н сегодня гоз „ напряжение смещения в прямом направлении„ Эсаки обнаружил возрастание суммар„ого туннельного тока в этом направлении. При увеличении напряжения смещения сверх „екоторого значения ток в прямом направлении убывал вследствие уменьшения числа остояний электронов, доступных для туннелирования, Этот эффект эквивалентен воз„,зкновению отрицательного сопротивления, которое можно использова~ь для создания высокоча то ных усил елей, генераторов, перекзюча ей Уже в 1959 оду оы- 1разработаны туинельные диоды, работавшие на частотах свыше 1 ГГц. В ходе дальнейших исследований Эсаки открыл явление сильного возрастания магнитосопротивления при определенном значении электрического поля (эффект Эсаки), а в 1966 году обнаружил сверхпроводящую энергетическую щель в полупроводниках.
В 1959 году советский ученый Александр Семенович Тагер с сотрудниками открыл явление генерации и усиления СВЧ-колебаний при лавинном пробое полупроводниковых диодов. В этом случае происходит лавинное умножение носи~елей заряда путем образования пар подвижных носителей при ударной ионизации атомов кристаллической реше~- ки полупроводника подвижными электронами, ускоренными внешним электрическим почем.
На основе этого открытия был создан давннло-проделок ой овод (ЛПД), представляющий собой полупроводниковый диод с отрицательным сопротивлением в СВЧ- диапазоне. Идея создания ЛПД принадлежит американскому физику У. Риду (1958 г.), генерацию колебаний впервые осуществил Тагер А. С, с группой со~рудников (1959 г.). В НИИ "Пульсар" под руководством Виктора Михайловича Вальд-Перлова разработано 40 типономиналов арсенид-галлиевых ЛПД, работающих в диапазоне от 8 до 37 ГГц. Различают несколько режимов работы ЛПД. Пролетный режим работы основан на использовании лавинного пробоя и пролетного эффекта носителей в обедненной области различных полулроводниковых структур. Этот режим назвали также режимом 1МРАТТ Дюрас! Аяа!апсйе Тгапы! Типе, ударная ионизация и пролетное время), а диоды, работающие в этом режиме, — ТМРА77здиодами.
Аномальный режим работы ЛПД с захваченной плазмой назвали режимом ТКАРРАТ (Тгаррео' Р!азгла Ама)алове Тпййегеб Тгапзй, захваченная плазма, пробег области лавинного умножения), соответственно этому диоды, Работавшие в этом режиме, —. ТТ64РР4Т-днодцки. ЛПД применяли для генерации и усиления в СВЧ-диапазоне на частотах от 10 до 100 ГГц с КПд до 50%. На базе полупроводниковых параметрических усилительных диодов были созданы усилители сигнала, обладавшие температурой шума в пределах 50 — 60 К без охлаждения и ~5 К и ниже при охлаждении. Они нашли широкое применение в устройствах дальней связи, Радиоастрономии, в системах спутниковой связи.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
