1.2. Классификация элементов твердотельной электроники по физическим процессам и явлениям

В связи с более низкой температурой протекания процессов в приборах твердотельной электроники, по сравнению с вакуумной электроникой, долговременная надежность и ресурс первых существенно выше вторых. Условно можно выделить основные физические явления и процессы, на основе которых функционирует основная масса твердотельных приборов и интегральных схем.

1.Термоэлектронная эмиссия в твердом теле.

Используется в приборах на основе контакта метал полупроводник и гетеропереходах. Отличительная особенность: проводимость определяется основными носителями заряда, высокое быстродействие. К приборам данного типа относятся: детекторные и смесительные диоды СВЧ- диапазона, импульсные диоды повышенного быстродействия (10^-11 c), параметрические усилители и умножители частоты, быстродействующие выпрямительные диоды с малыми потерями мощности, полевые транзисторы с барьером Шоттки, ИС на основе биполярных транзисторов со встроенным барьером Шоттки (ТТЛШ, И²ЛШ, и так далее), низковольтные стабилитроны, фотоприемники на основе барьера Шоттки.

2. Инжекция и экстракция неравновесных носителей заряда в полупроводниках.

Используется в большинстве приборов с P-N переходами. Выпрямительные и импульсные диоды, биполярный транзистор, двухбазовый диод, тиристоры, симисторы, стабисторы, биполярные ИС (ТТЛ, И²Л, ЭСЛ и другие).

3. Эксклюзия и аккумуляция основных носителей заряда в полупроводниках.

Варикапы на основе P-N перехода (управляемая ёмкость), параметрические усилители и умножители частоты, полевые канальные транзисторы с управляющим P-N переходом и барьером Шоттки, полевые транзисторы со статической индукцией (SIT), полевые транзисторы с высокой подвижностью электронов (HEMT).

4. Эффект поля в полупроводниках.

Стационарный эффект поля используется в МДП транзисторах, МДП – варактор (управляемая емкость), распределенный RC – фильтр, МДП ИС (90% СБИС), энергонезависимая память на основе МДОП- структур и структур с плавающим затвором. FLASH, EEPROM. Нестационарный эффект поля используется в приборах с зарядовой связью (ПЗС), аналоговые линии задержки, рекурсивные фильтры, аналоговые процессоры.

5. Ударная ионизация и эффекты сильных полей.

Стабилитроны, туннельные диоды, лавинно–пролетные диоды, диод Ганна, лавинный транзистор, варисторы.

6. Фотоэлектрические явления.

Фоторезистор, фотодиод, фототранзистор, фотоМДП-транзистор, фототиристор, лавинный фотодиод, солнечные элементы, оптроны, фотоПЗС, оптические ЗУ, твердотельный видикон (ФПЗС).

7. Люминесценция.

Светодиоды, лазеры на основе гетеропереходов, индикаторы: жидкокристаллические (ЖКИ), газоразрядные, пленочные, оптроны.

8. Термоэлектрические явления.

Термоэлектрический генератор, термоэлектрический холодильник, терморезисторы, термопары, болометры (измерители СВЧ мощности), пироэлектрические датчики температуры и излучений.

9. Гальваномагнитные явления.

Датчик Холла, магниторезистор, магнитодиод, магнитотранзистор, магнито-тиристор, ОЗУ на цилиндрических магнитных доменах (ЦМД), магнитооптические запоминающие устройства, ЗУ на блоховских линиях.

10. Тензо – пьезо – акустоэлектронные эффекты.

Тензорезисторы, тензодиод, тензотранзистор, полосовые пьезофильтры, трансформаторы, резонаторы, аналоговые линии задержки, усилители на поверхностных акустических волнах, конвольвер, дисперсионные фильтры, аналоговые процессоры.

11. Взаимодействие ядерных излучений с твёрдым телом.

Датчики излучений нейтронов, электронов, протонов, альфа-частиц и гамма-излучений; атомные батареи.

12. Криогенные эффекты (сверхпроводимость).

Криотрон, переходы Джозефсона, логические элементы и память на элементах Джозефсона, сверхпроводящие квантовые интерферометры (СКВИД), одноэлектронный транзистор (SET), сверхпроводящие СВЧ- резонаторы и фильтры, криоэлектронные ИК-фотоприемники.

Явления 1-6, используются в монолитных полупроводниковых интегральных схемах. Все перечисленные явления и приборы на их основе реализуются в гибридных ИС.