3. Кмдптл – логика на комплементарных мдп транзисторах

Complementary (complex) – взаимодополняющий, составляющий (сложный), не путать со словом комплимент (от французского Compliment похвала).

Используют два МДП транзистора: n-канальный и р-канальный, но (причем p – канальный на схеме выглядит как-бы включенный «вверх ногами»).

Напомним, что n-канальным открывается если напряжение затвора больше напряжения истока (U_ЗАТВ > U_ИСТ).

р-канальный: U_ЗАТВ ≥ U_ИСТ – закрыт,

U_ЗАТВ < U_ИСТ – открыт.

n-канальный: U_ЗАТВ ≤ U_ИСТ – закрыт,

U_ЗАТВ > U_ИСТ – открыт.

Р ассмотрим два случая: U_ВХ=0 и U_ВЫХ =1 (например, равный напряжению источника) при этом схемы существенно упрощаются.

Верхний р-канальный транзистор открыт, т.к. U_ЗАТВ = 0 меньше U_ИСТ = 1, нижний n-канальный транзистор закрыт, т.к. U_ЗАТВ = U_ИСТ = 0. U_ВЫХ = 1, т.к. подсоединен к источнику.

Верхний р-канальный транзистор закрыт, т.к. U_ЗАТВ = U_ИСТ = 1, нижний n-канальный транзистор открыт, т.к. U_ЗАТВ =1 больше U_ИСТ = 0. U_ВЫХ = 0, т.к. выход заземлен.

Это схема инвертора, из которой можно получить схемы И-НЕ, ИЛИ-НЕ.

Т оки вообще практически не протекают (только чуть-чуть во время переключения). Вопросы отвода тепла практически отсутствуют. На инвертор требуется 2 транзистора (но нет сопротивления, как в ТЛ, на который тоже и в интегральных схемах уходит ячейка). Для схем ИЛИ-НЕ, И-НЕ – требуется 4 транзистора, но ничего более не требуется, так что получается очень компактно.

4.4. МЕП – транзисторы, ПТШЛ (ОПЛ, ЗПЛ)

МЕП-транзисторы относятся к полевым транзисторам, но построены не на основе кремневой электроники (Si), а на основе арсенида галлия (GaAs). Используются свойства арсенида галлия.

1. Удельное сопротивление чистого GaAs в 1000 раз больше удельного сопротивления чистого кремния (вследствие малого количества неосновных (собственных) носителей в GaAs по сравнению с Si). Так что чистый GaAs можно использовать как изолятор, а GaAs с примесями как подложку для полевых транзисторов.

2. Подвижность заряда ( U=V/E, V-скорость, E- напряженность) в GaAs в 5 раз больше, чем подвижность заряда в Si.

Открывается возможность совместить быстродействие биполярных транзисторов (ТТЛ) и большую концентрацию элементов кристалла, связанную с отсутствием выделения тепла полевых транзисторов (КМДПТЛ).

МЕП транзисторы считаются перспективными, но дорогая, сложная и неотработанная технология их изготовления. Да ещё плохая теплопроводность (проблемы отвода тепла).

МЕП транзисторы ещё называют полевыми транзисторами Шотки, а логические схемы ПТШЛ, при этом различают два варианта: ОПЛ (открытая полевая логика), если канал встроен, и транзистор нормально открыт (НО) при Uвх=0,

ЗПЛ (закрытая полевая логика), если канал надо индуцировать (наводить), и транзистор нормально закрыт (НЗ) при Uвх=0.

5. Интегральные схемы (микросхемы)

В кремниевой электронике микросхемы строятся на основе npn – структур и МОП - структур.

Технологические приемы: травление плавильной кислотой (удаление Si), окисление (создание диэлектрика SiO₂), диффузия (введение примесей), эпитаксия (наращивание Si, в том числе с примесями)

Общий принцип: в ячейках матрицы используются однотипные транзисторы, различные элементы из транзисторов получают только на последней стадии металлизации (нанесение Al).

5.1. npn- структуры

В общем виде это транзистор. Диод – любой pn – переход (Б-Э или Б-К). Сопротивление можно получить используя только один слой: Б-Б, К-К.

Конденсатор: любой закрытый pn-переход. Недостатки:

нельзя менять полярность (а то транзистор откроется)

ёмкость зависит от напряжения (заряды “ отходят” и d – увеличивается