Пятнадцатый билет
15. Влияние выбора типа полупроводника, размеров, концентрации примесей и температуры на свойства диодов.
В собственных полупроводниках концентрации свободных электронов и дырок равны. Однако для электронных элементов и интегральных схем необходимы полупроводники с преобладанием свободных электронов (n–тип) и с преобладанием дырок (р–тип). Их называют также полупроводниками с электронной и дырочной проводимостью.
Чтобы получить примесный полупроводник n–типа, в него при изготовлении кристалла добавляют донорную примесь. Атомы такой примеси имеют большую, чем сам полупроводник, валентность.
Например, в кремний (число валентных электронов на внешней электронной оболочке равно 4) может быть добавлен фосфор (валентность 5). Это означает, что в полупроводнике появятся избыточные электроны, не участвующие в образовании связей между атомами. Такие электроны легко становятся свободными, достигается преобладание свободных электронов.
Преобладающие по количеству носители называются основными. Неосновных носителей обычно на сколько порядков меньше. По сравнению с ним примесный полупроводник обладает большим достоинством – наличием обширного участка с практически неизменной концентрацией и проводимостью в большом диапазоне температур.
Аналогичные изменения происходят при добавлении акцепторной примеси для изготовления полупроводника р–типа.
Такая примесь, например бор с валентностью 3, имеет меньшую, чем кремний, валентность, что приводит к дефициту валентных электронов. Достигается преобладание дырок. Эти уровни легко заполняются валентными электронами, для чего требуется небольшая дополнительная энергия активации Wакт.
Температурная зависимость концентрации дырок такая же, как и у полупроводника n–типа. Появление акцепторных атомов приводит к появлению разрешённых уровней в запрещённой зоне вблизи потолка валентной зоны, электропроводность собственного полупроводника экспоненциально растёт с увеличением температуры, так как при этом усиливается термогенерация электронно-дырочных пар и растёт их концентрация.
30. Основные принципы современной электроники. Закон Мура.
1. Принцип интеграции. Заключается в объединении на кристалле ИС возможно большего количества элементов и необходимых соединений между ними. Увеличение степени интеграции, т.е. количества элементов в ИС обеспечивает максимальную защиту элементов и соединений между ними и тем самым максимальную надёжность.
Площадь кристалла ИС не может быть значительно увеличена из-за увеличения вероятности проявления его дефектов. Изготовление больших бездефектных кристаллов кремния оказалось невозможным, поэтому увеличение степени интеграции возможно только за счёт уменьшения размеров элементов.
2. Принцип группового изготовления. Заключается в таком построении процесса изготовления ИС, при котором на каждом этапе изготовления обрабатываются одновременно десятки и даже сотни тысяч будущих ИС.
Это обеспечивает высочайшую производительность труда и, следовательно, низкую себестоимость. Следует заметить, что снижение себестоимости ИС возможно только при их массовом выпуске.
Технология изготовления ИС на основе принципа группового изготовления хорошо согласуется с потребностями рынка. Они исчисляются десятками миллионов штук (например, ИС запоминающих устройств и процессоров цифровых электронных устройств).
Закон Мура - это наблюдение, согласно которому количество транзисторов, размещаемых на кристалле интегральной схемы, увеличивается на порядок каждые 5 лет.
45. Логические элементы НЕ, И, ИЛИ, принципы их построения.
Логический элемент — элемент, осуществляющий определенные логические зависимость между входными и выходными сигналами. Они выполняют логические операции, такие как И, ИЛИ, НЕ и их комбинации, что позволяет обрабатывать двоичные данные и реализовывать различные алгоритмы.
Логический элемент «И» - конъюнкция, логическое умножение, AND
«И» - логический элемент, выполняющий над входными данными операцию конъюнкции или логического умножения. Условные обозначения логических элементов «И» с разным количеством входов приведены на рисунке.
Логический элемент «ИЛИ» - дизъюнкция, логическое сложение, OR
«ИЛИ» - логический элемент, выполняющий над входными данными операцию дизъюнкции или логического сложения. Он так же как и элемент «И» выпускается с двумя, тремя, четырьмя и т. д. входами и с одним выходом.
Таблица истинности для элемента «2ИЛИ» показывает, что для появления на выходе логической единицы, достаточно чтобы логическая единица была хотя бы на одном входе.
Логический элемент «НЕ» - отрицание, инвертор, NOT
«НЕ» - логический элемент, выполняющий над входными данными операцию логического отрицания. Данный элемент, имеющий один выход и только один вход, называют еще инвертором, поскольку он на самом деле инвертирует (обращает) входной сигнал.
Таблица истинности для инвертора показывает, что высокий потенциал на входе даёт низкий потенциал на выходе и наоборот.
С точки зрения схемотехники оптимальными являются элементы, которые обеспечивают низкое потребление энергии и высокую скорость работы.
Оптимальнее всего изготавливать два элемента: И-НЕ и ИЛИ-НЕ вместо трех отдельных. Эти элементы являются универсальными, то есть с их помощью можно реализовать любые логические функции.