29_kospect_electro (555831), страница 15
Текст из файла (страница 15)
12.7. Вольт-амперная характеристика МДП-транзистора при различнойтощине подзатворного диэлектрика.Лекция 15. Интегральные МДП транзисторы (продолжение)Законы изменения параметров и режимов работы МДП-транзисторов в ИМС при их пропорциональнойминиатюризации. Критерий короткого канала. Основные эффекты короткого канала в интегральныхМДП-транзисторах.Одним из важнейших направлений в конструировании ИМС является использование методапропорциональной миниатюризации МДП транзисторов.
Метод пропорциональной миниатюризации(масштабирования) МДП транзисторов заключается в таком изменении основных геометрических размеров ихконструкции, а также электрофизических и электрических параметров, при котором сохраняется форма ихстоковых характеристик. Этот метод удобен тем, что позволяет при уменьшении размеров устройства (схемы)сохранить неизменными взаимное положение всех элементов и внутрисхемных соединений (см рис.
12.6)Рис. 12.6. Основные параметры конструкции транзистора, изменяемые при масштабировании.L – длина канала (по затвору)xj – глубина истокового и стокового переходовyj – толщина перекрытия затвор-сток (затвор-исток)dд – толщина подзатворного диэлектрикаNa – концентрация примесей в подложкеИз теории пропорциональной миниатюризации следует, что при одновременном уменьшении в M раздлины и ширины канала, глубины залегания переходов, перекрытия затвор-сток (затвор-исток) и напряженияпитания (напряжения на стоке Uс и затворе Uз), а так же при увеличении концентрации примесей в подложке в Мраз, сохраняется форма истоковых характеристик, но уменьшаются в М раз масштабы по току стока Iс инапряжению стока Uc, а так же напряжению затвора Uз.
Следующие характеристики меньших транзисторовможно получить уменьшив масштабы по току и напряжению в М раз.Отметим влияние толщины подзатворного диэлектрика на вольт-амперную характеристику.Рис. 12.7. Вольт-амперная характеристика МДП-транзистора при различнойтощине подзатворного диэлектрика.Раздел 2. Вакуумная электроника.Электровакуумные приборы.Лекция 16. Основы вакуумной электроникиПриоритетные области применения вакуумной электроники. Виды электронной эмиссии в электровакуумныхприборах.
Распределение потенциала в вакуумном диоде. Вольтамперная характеристика диода.Электронно-управляемая лампа – электровакуумный прибор, работа которого основана на управлениитоком, пространственным зарядом, с помощью потенциалов электродов. Для работы Электронно-управляемойлампы необходимо обеспечить эмиссию электронов и формирование электронного потока в области управленияего электрическим полем.Явление испускания электронов с поверхности вещества в окружающее пространство называетсяэлектронной эмиссией.
Электрод электровакуумного прибора, являющийся источником электронной эмиссии,называется катодом или эмиттером. Для изготовления катодов требуются вещества, в которых достаточно многослабосвязанных электронов. Это металлы ( в 1см3 при 20°С около 1022 электронов проводимости). На границеметалл-вакуум ( или газ ) существует потенциальный барьер, поэтому при обычных условиях электроны непокидают металл. Необходимо электронам сообщить дополнительную энергию.Работой выхода называется энергия, необходимая для переносав бесконечность электрона,находящегося в исходном положении на уровне Ферми в данном материале.Обозначение еφ0, измеряется в электронвольтах, высота потенциального барьера, φ0 - в вольтах.Работа выхода измерена весьма точно для многих веществ. Минимальную еφ0 имеют щелочные ищелочно-земельные металлы, расположенные слева в таблице Менделеева (например, цезий имеет еφ0=4,81эв,барий Ba еφ0=2,52 эВ), максимальное значение у элементов, расположенных справа в таблице (вольфрам – 4,63эВ, молибден – 4,16 эВ, платина – 5,32 эВ).
Эти металлы используются для изготовления электродовэлектровакуумных приборов.Выделяют следующие виды электронной эмиссии (в зависимости от способа сообщения электронамдополнительной энергии):Термоэлектронная эмиссия – электронная эмиссия, обусловленная температурой электрода.Зависимость плотности тока термоэлектронной эмиссии от температуры катода определяется соотношением:j = АТ2 ехр( -b0/Т) , где(13.1)j – плотность тока термоэлектронной эмиссии А/см2;Т – температура катода;К, А и b0 – константы термоэлектронной эмиссии, зависящие от химической природы, структуры ичистоты поверхности металлаf =4πmekDhb=eϕ 0kD – вероятность преодоления электронами потенциального барьера;А составлен из универсальных постоянных и может быть вычисленэлектрона,k – постоянная Больцмана;h – постоянная Планка,где(13.2, 13.3)4πmеk/ h = 120, здесь m и е масса и зарядТогда А ≈120 D А см2 К2Ток возрастает с температурой по экспоненте.
Кроме того, ток зависит от значения еφ0 материала катодаи состояния его поверхности в процессе эксплуатации.Фотоэлектронная эмиссия (внешний фотоэффект) – электронная эмиссия, обусловленная энергиейпадающего оптического излучения.Основные законы фотоэффекта:1.величина фототока Iф пропорциональна интенсивности светового потока Ф, вызывающегофотоэффект (при условии неизменности спектрального состава излучения (законСтолетова) Iф=kФ.2.максимальная энергия фотоэлектронов и частота излучения не зависит от егоинтенсивности (закон Эйнштейна)2mvmax= h υ − eϕ02где(13.4)hν – энергия кванта , поглощенного электромагнитного излучения (фотоген), поглощенная одним3.4.из свободных электронов твердого тела;ν – частота излучения.наличие длинноволновой (красной) границы области излучениябезинерционность фотоэффекта, время опаздывания относительно освещения ≈ 3·10-9 с.Фотоэлектронные свойства эмиттеров характеризуются величиной отношения фототока к падающемусветовому потоку k = Iф/Ф; коэффициент к называется чувствительностью.Если падающий поток монохромотичен, то kλ- спектральная чувствительность; если поток белого цветаkz – световая чувствительность фотокатода.Чувствительность фотокатода может быть изменена относительности числа фотоэлектронов к числупадающих фотоновη=Iфυeekвеличина η называется квантовым выходом электроновзначения k и ν зависят от λ (ħ=h/2), где(13.5)Зависимость k =f(λ) (1) и η = f(λ) (2) называются спектральными характеристиками.
Имеетсяселективный фотоэффект.Рис. 13.1 Спектральная характеристика фотоэффекта( 1- спектральная чувствительность, 2- квантовый выход)Вторичная электронная эмиссия – эмиссия, обусловленная бомбардировкой поверхности материалаэлектронами или токами.Отношение числа вторичных электронов n2 к числу первичных n1, вызванных эмиссию, называетсякоэффициентом вторичной эмиссии σ = n2/ n1.В потоке вторичных электронов от поверхностиматериала имеются три группы электронов: истинновторичные (I), упруго(III) и не упруго отраженные (II)электроны (Рис. 13.2).Энергиявторичных электроновсоставляетнесколько электронвольт при энергии первичныхэлектронов ε до 1 кэв.Рис. 13.2 Спектр вторичных электроновс поверхности материала.σмакс для чистых металлов (около единицы).
Еслине сравнительно мала поверхность металла, естьабсорбированные вещества, то σмакс увеличивается до 2…3.Для сложных поверхностей (кислородо-цезиевый фотокатод) σ достигает 20. При нерегулярной структуре(сложные фотокатоды) электроны многократно рассеиваются на неоднородных поверхностях, не углубляясь вэмиттер и создают много вторичных электронов.С ростом ε первичные электроны глубже проникают в вещество, и σ увеличивается, достигаямаксимального значения.
При этом вторичные электроны теряют энергию в веществе (не обладают энергией еφ0)σ уменьшается.Катоды из чистых металлов (в основном вольфрам) температура плавления при относительноудовлетворительной ковкости и плотности tраб=2200-2400°С jэ = 300-700 мА/см2α = 1-14 мА/ВтПрименяют в мощных генераторных лампах с низким анодным направлением (другие катодыразрушаются ионной бомбардировкой.Активированные катоды- металлические катоды с нанесенным на поверхность атомным илимолекулярным слоем другого электро металла или его соединения. Это торированный или карбизированныйкатодjэ = 300-500 мА/см2α = 20-70 мА/Втtраб=1500-1700°ССложные катоды - оксидный катод (состоит из никелевого сердечника, покрытого слоем окисловщелочно-земельных металлов (BaO, SiO, CaO) и подвергнутые специальной термической и электроннойобработке (активировке), в результате которой на поверхности излучается одноатомный слой бария.Такой катод обладает высокими эмиссионными качествами и очень экономичен.jэ = 500 мА/см2Н = 80-200 мА/Вт tраб=350-1050°СВысокая эмиссионная способность в импульсном режиме jе=150 А/см2Полупрводниковые катоды из сплошной массы оксидов.
Оксидо-териевые катоды из оксида торияTh2О (полупроводниковая масса), затем кают и прокаливаютjе=2-3 А/см2Генсабаридные катоды изготовляют из боридов щелочноземельных или редкоземельных металлов(соединений типа CоB6 , LоB6, СеB6 и другие) Кристаллическая решетка боридов содержит много атомов тора,прочно скрепляясь, друг с другом, атомы Со, Lо, Се весьма подвижны и могут диффундировать на поверхности,активируя ее tраб=1800-1900°С, у них эффективность катода α = 20-50 мА/Вт.Автоэлектронная эмиссия – электронная эмиссия, обусловленная действием электрического поля уповерхности электрода.Под действием электрического поля изменяется форма потенциального барьера, и хотя дополнительнаяэнергия электронам не сообщается, они приобретают способность выходить в вакуум.Если направленность электрической напряженности Е у поверхности не велика, то потенциальныйбарьер снижается, и работа выхода уменьшается на величину, зависящую от Е.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
