25. Понятие двумерного электронного газа. Использование гетероперехода при создании полевых приборов. Hemt транзистор на основе арсенида галлия.
Согласно энергитической диаграмме гетероперехода, в арсениде галлия у границы перехода в зоне проводимости образуется область минимума энергии электронов, в которой происходит их накопление. В результате в этой области образуется обедненный слой, имеющий избыточный положительный заряд нескомпенсированных доноров.
Электроны, накопленные в области 3, находятся в потенциальной яме и в слабых энергетических полях могут перемещаться только параллельно границе перехода. Поэтому совокупность электронов в области 3 называют двумерным электронным газом.
Поскольку рост концентрации носителей связан с повышением степени легирования, то в результате снижается подвижность и быстродействие прибора. Использование области двухмерного газа позволило решить это противоречие. Такие структуры получили название транзисторной структуры с высокой подвижностью-НЕМТ.
Транзистор обладает более высокой подвижностью носителей заряда и скоростью насыщения, а так же в НЕМТ при изменении напряжения на затворе не изменяется толщина канала.
Роль подзатворного диэлектрика выполняет широкозонный полупроводоник (AlGaAs), который вследствие искривления энергетической диаграммы при разрыве зон остается полностью обедненным электронами даже при высокой степени легирования. НЕМТ обладаем малой выходной проводимостью, и при малой длине канала собственный коэффициент усиления по напряжению может достигать 50 и более.
Наиболее широкая область применения НЕМТ на полупроводниках А3В5 – широкополосные системы связи и передачи данных. Оптимальными приборами для построения малошумящих полосовых СВЧ-усилителей и широкополосных СВЧ-усилителей являются псевдоморфные и метаморфные НЕМТ.
26. Отличительные особенности структур псевдоморфных и метаморфных hemt транзисторов. Перспективы использования нитрида галлия для формирования гетероструктур.
Если слой одного из материалов достаточно тонок, то он способен до определенного предела накапливать энергию упругих напряжений в виде упругих деформаций. В качестве такого слоя используют узкозонный материал, создающий квантовую яму. Транзисторы на такой основе получили название псевдоморфных (р-НЕМТ).
Обычно используют псевдоморфные транзисторы на подложке InP что позволяет применять их к мощным устройствам, т.к. InP имеет более ввысокую теплопроводность, чем GaAs. На подложке обеспечивается большая предельная скорость электронов , что позволяет получить более высокие плотности тока.
Высокая стоимость InP подложек стимулировало разработку метаморфных (m-НЕМТ), на подложке GaAs. Характеристики m-НЕМТ почти не уступают р-НЕМт транзистору.На СВЧ подложка GaAs обладет значительно лучшими диэлектрическими свойствами, чем InP.
27. Применение пьезоэффекта в радиоэлектронике. Принцип действия основных приборов пьезоэлектроники.
Работа пьезоэлектронных приборов основана на пьезоэффекте. Прямой пьезоэлектрический эффект – возникновение электрического сигнала при механическом воздействии на материал, обратный пьезоэффект – сжатие или растяжение пьезоэлектрика под действием электрического поля. Простейший пьезоэлемент представляет собой определенным образом ориентированную монокристаллическую пластину, помещенную между двумя металлическими обкладками. Каждый пьезоэлемент эквивалентен колебательному контуру, в котором механическая энергия периодически переходит в электрическую.
Простейшим пьезоэлектрическим прибором является кварцевый резонатор, собственная частота колебаний которого зависит от размеров пластины. Этот прибор широко используется для стабилизации частоты различных генераторов электромагнитных колебаний в промышленной и бытовой радиоаппаратуре, в качестве эталонов частоты, приборах измерения частоты, полосковых электрических фильтрах.
Пьезотрансформаторы работают на основе прямого и обратного пьезоэффектов с использованием пьезокерамик. Преобразование энергии из электрической в механическую на входе осуществляется посредством упругих (акустических) волн. На выходе механическая энергия вновь преобразуется в электрическую. Поэтому пьезотрансформатор представляет собой монолитный твердотельный резонатор с электродами, число которых не менее трех.
Пьезодвигатели ударного типа основаны на преобразовании электрических колебаний, создаваемых в пьезоэлементе (статоре) за счет обратного пьезоэффекта, в шаговое или непрерывное движение ротора. При этом ротор приводится в движение ударными импульсами, следующими с частотой колебаний пьезоэлемента. Частота может достигать нескольких мегагерц.
Пьезоэлектрические позиционирующие устройства предназначены для перемещения объектов на малые расстояния с высокой точностью. Чувствительность устройств такого типа достигает 1 нм/В, диапазон перемещений от нескольких микрометров до нескольких миллиметров.