Краткие лекции по ЭиМ (1166441), страница 26
Текст из файла (страница 26)
4.12), образованный n+ истоком (эмиттер), p-областью инверсного канала (база) и эпитаксиальнымn- слоем (коллектор). Паразитный транзистор фактически параллельноподключен к рабочему каналу МДП-транзистора.Для сохраненияположительныхсвойствМДП-транзистораиисключенияначалаработыбиполярноготранзистора часть робласти всегда подключают к металлизированному контакту истока (этоэквивалентнозакорачиваниюэмиттерногопереходапаразитноготранзистора). Биполярный транзистор оказывается запертым и не оказываетсущественного влияния на работу полевого транзистора. Однако быстрыйспад или, наоборот, рост напряжения «сток - исток» полевого транзистора,что является обычным в динамических режимах, может привести кнесанкционированному открытию паразитного транзистора, а это, в своюочередь, может привести к выходу из строя всей силовой схемы.ОглавлениеПодключение р-области транзистора к истоку создает еще одиндополнительный элемент – обратно включенный диод.
Поэтому МДПтранзисторпроектируюттакимобразом,чтобыданныйдиодсоответствовал аналогичным показателям МДП-транзистора и имел малоевремя восстановления запирающих свойств.Комбинированные транзисторыВред от паразитного биполярного транзистора в составе МДПтранзистора можно обратить в пользу, если к нему добавить ещё одиндополнительный биполярный транзистор обратного типа проводимости поотношению к паразитному.
Такое компромиссное решение, позволившееобъединить положительные качества биполярного и МДП-транзистора,представляет собой создание монолитной структуры, называемой IGBT(Imulated Gate Bipolar Transistor), т. е. биполярный транзистор сизолированным затвором (БТИ3). Отличие в структуре заключается вматериалеисходнойподложки,вкачествекоторойиспользуетсяполупроводниковая пластина с дырочной р+ -электропроводностью(рис. 4.13, а).В результате получится комбинированная схема рис.
4.13, б,содержащая: МДП-транзистор, паразитный биполярный транзистор VT1 иподключённыйОбразовавшаясякнемуещёструктураизодинбиполярныйтранзисторовVT1транзисториVT2VT2.имеетположительную внутреннюю обратную связь, так как базовый токтранзистора VT1 является частью коллекторного тока транзистора VT2, инаоборот - базовый ток транзистора VT2 является частью коллекторноготока транзистора VT1.Коэффициенты передачи по току транзисторов VT1 и VT2 равны,соответственно, l и 2.Тогда токи коллектора и эмиттера определяются:i i к2 э2 2 ,(4.8)i i к1 э1 1,(4.9)iэ i i iск1 к 2.(4.10)Ток стока полевого транзистора определяется по выражениюiс iэ (1 )1 2 .(4.11)С другой стороны, ток стока можно определить через крутизну Sстокозатворной характеристики:iс SU зэ(4.12)Ток силовой части всей схемы определяется:SUзэiк iэ S эквU зэ1 ( )1 2(4.13)гдеS экв S1 ( )1 2 - эквивалентная крутизна всей схемы.Очевидно, что при1 2 1эквивалентная крутизна значительнопревосходит крутизну S МДП-транзистора, входящего в эту схему. и 2Коэффициентами 1можно управлять величиной резисторов R1 и R2,которая осуществляется на этапе изготовления этой схемы.Всюрассмотреннуюсхемуможнопредставитькакединыйполупроводниковый прибор, имеющий вывод коллектора, эмиттера изатвора, который управляется электрическим полем, как МДП- транзистор,но имеет по сравнению с ним значительно большую крутизну и значительноОглавлениеменьшее сопротивление в открытом состоянии.
Кроме того, здесьотсутствует явление вторичного пробоя, характерное для классическихбиполярных транзисторов.Конструктивно IGBT выполняются в виде дискретных элементов(рис. 4.14, а) либо в виде силовых модулей (рис. 4.14, б), имеющих в своёмсоставе несколько IGBT выполненных в едином корпусе. Условноеграфическое изображение транзисторов представлено на рис.
4.14, в, г. Нарис. 4.15 изображены типовые коллекторные характеристики (выходные).Динамические свойства IGBT несколько хуже, чем у МДП-транзисторов, нозначительно лучше, чем у биполярных транзисторов. Это связано сявлением накопления заряда неосновных носителей в базе биполярноготранзистора, и как следствие - со временем рассасывания этих носителей.Процесс запирания IGBT представлен на рис.
4.16. Заряд,накопленный в базе биполярного транзистора, вызывает характерный«хвост» тока при выключении IGBT. Как только имеющийся в составе IGBTполевой транзистор прекращает проводить ток, в силовой цепи начинаетсярекомбинация неосновных носителей, которая является началом «хвоста».Этот «хвост» ведет к увеличению тепловых потерь, а также его необходимоучитывать в мостовых схемах и вводить промежуток между интерваламипроводимости двух ключей, установленных в одном плече моста.
Дляуменьшения«хвоста»необходимоснизитькоэффициентусилениябиполярного транзистора, но тогда увеличивается напряжение насыщенияоткрытого IGBT, и соответственно - статические потери.Тем не менее, несмотря на отмеченные особенности IGBT насегодняшний день представляются самыми перспективными элементамидля использования в качестве силовых управляемых ключей в диапазонемощностей от единиц киловатт до единиц мегаватт.Применение принципа полевого транзистораРассмотримиспользованиеидей,реализованныхвполевыхтранзисторах, в более сложных электронных устройствах.Ячейка памяти на основе полевого транзистора с изолированнымзатвором (флэш-память). Рассмотрим структуру и принцип действия ячейкитак называемой флэш-памяти.Устройствафлэш-памятиявляютсясовременнымибыстродействующими программируемыми постоянными запоминающимиустройствами (ППЗУ) с электрической записью и электрическим стираниеминформации (ЭСП- ПЗУ; в аббревиатуре нет букв, соответствующих словам«электрическая запись», так как такая запись подразумевается).Эти устройства являются энергонезависимыми, так как информацияне стирается при отключении питания.
Ячейки памяти выдерживают неменее 100 ООО циклов записи/стирания.Изобразим упрощенную структуру ячейки флэш-памяти (рис. 1.107).ОглавлениеСлои полупроводника, обозначенные через п+, имеют повышеннуюконцентрацию атомов-доноров. Изоляция затворов для упрощения рисункане показана. Структура ячейки в некотором отношении подобна структуреМДП-транзистора с индуцированным каналом и-типа.Один из затворов называют плавающим, так как он гальванически несвязан с электродами прибора и его потенциал изменяется в зависимости отзаряда на нем («плавающий» потенциал).При записи информации в ячейку памяти электроны из истокатуннелируют через тонкий слой изолирующего окисла кремния (толщинойоколо 1 • 10-8 м) и переходят на плавающий затвор.
Накопленныйотрицательный заряд на плавающем затворе увеличивает пороговоенапряжение иж порог. Поэтому в будущем при обращении к транзисторутакой ячейки он будет восприниматься как выключенный (ток стока равеннулю).При стирании информации электроны уходят с плавающего затвора(также в результате туннелирования) в область истока. Транзистор беззаряда на плавающем затворе воспринимается при считывании информациикак включенный.Длительность цикла считывания (чтения) информации составляет неболее 85 не. Состояние ячейки памяти может сохраняться более 10 лет.Полупроводниковые приборы с зарядовой связью (ПЗС).Прибор с зарядовой связью имеет большое число расположенных намалом расстоянии затворов и соответствующих им структур металл —диэлектрик — полупроводник (МДП).
Изобразим упрощенную структуруприбора с зарядовой связью (рис. 1.108).При отрицательном напряжении на некотором затворе под нимскапливаются дырки, совокупность которых называют пакетом. Пакетыобразуются из дырок, инжектированных истоком или возникающих врезультате генерации пар элекгрон-дырка при поглощении оптическогоизлучения. При соответствующем изменении напряжений на затворахпакеты перемещаются в направлении от истока к стоку.Приборы с зарядовой связью используются: в запоминающих устройствах ЭВМ; в устройствах преобразования световых (оптических) сигналовв электрические.ОглавлениеИНТЕГРАЛЬНЫЕ МИКРОСХЕМЫИнтегральные микросхемы часто называют просто интегральнымисхемами.
По определению интегральная схема (ИС) — микроэлектронноеизделие (т. е. изделие с высокой степенью миниатюризации), выполняющееопределенную функцию преобразования и обработки сигнала и имеющеевысокую плотность упаковки электрически соединенных элементов (илиэлементов и компонентов) и (или) кристаллов, которое с точки зрениятребованийкиспытаниям,приемке,поставкеиэксплуатациирассматривается как единое целое.Элемент интегральной схемы — часть интегральной схемы,реализующая функцию какого-либо электрорадиоэлемента (резистора,диода, транзистора и т. д.), причем эта часть выполнена нераздельно отдругих частей и не может быть выделена как самостоятельное изделие сточки зрения требований к испытаниям, приемке, поставке и эксплуатации.Компонент интегральной схемы в отличие от элемента может бытьвыделен как самостоятельное изделие с указанной выше точки зрения.По конструктивно-технологическим признакам интегральные схемыобычно разделяют на:- полупроводниковые;- гибридные;- пленочные.В полупроводниковой схеме все элементы и межэлементныесоединения выполнены в объеме или на поверхности полупроводника.
Втакихсхемахнеткомпонентов.Этонаиболеераспространеннаяразновидность интегральных схем.Интегральную схему называют гибридной, если она содержиткомпоненты и (или) отдельные кристаллы полупроводника.Впленочныхинтегральныхсхемахотдельныеэлементыимежэлементные соединения выполняются на поверхности диэлектрика(обычно используется керамика). При этом применяются различныетехнологии нанесения пленок из соответствующих материалов.По функциональным признакам интегральные схемы подразделяютнааналоговые(операционныеусилители,источникивторичногоэлектропитания и др.) и цифровые (логические элементы, триггеры и т.
п.).Краткая историческая справка. Первые опыты по созданиюполупроводниковых интегральных схем были осуществлены в 1953 г., апромышленное производство интегральных схем началось в 1959 г. В 1966г. был начат выпуск интегральных схем средней степени интеграции (числоэлементов в одном кристалле до 1000).
В 1969 г. были созданыинтегральные схемы большой степени интеграции (большие интегральныесхемы, БИС), содержащие до 10 000 элементов в одном кристалле.В 1971 г. были разработаны микропроцессоры, а в 1975 г. —интегральные схемы сверхбольшой степени интеграции (сверхбольшиеинтегральные схемы, СБИС), содержащие более 10 000 элементов в одномкристалле. Полезно отметить, что предельная частота биполярныхтранзисторов в полупроводниковых интегральных схемах достигает 15 ГГци более (1 ГГц = 109 Гц).Освоено производство интегральных схем, содержащих более 100 млнМОП транзисторов в одном кристалле (речь идет о цифровых схемах).Системаобозначений.Условноеобозначениеинтегральныхмикросхем включает в себя основные классификационные признаки.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
