Второй билет
2. Энергетические диаграммы собственного и примесного полупроводника.
Если энергетический промежуток ΔE между валентной и ближайшей к ней не заполненной зоной проводимости в полупроводнике не очень велик, то с возрастанием температуры часть электронов из валентной зоны будет переходить в зону проводимости, в которой они могут свободно перемещаться.
Обычно уже при температуре Т= 300 К тепловая энергия оказывается достаточной, чтобы по крайней мере небольшое количество электронов полупроводника стало обладать энергией, необходимой для разрыва валентной связи в заполненной зоне и переброса их в зону проводимости.
Примесь создает уровень в запрещенной зоне, который поставляет электроны в зону проводимости, либо принимает на себя электроны из валентной зоны.
Энергия ионизации донора - минимальная энергия, которую необходимо сообщить электрону, находящемуся на донорном уровне, чтобы перевести его в зону проводимости. Энергия ионизации акцептора - это минимальная энергия, которую необходимо сообщить электрону валентной зоны, чтобы перевести его на акцепторный уровень.
Энергия ионизации примесных атомов значительно меньше энергии ионизации собственных атомов полупроводника или ширины запрещенной зоны. Поэтому в примесных полупроводниках при низких температурах преобладают носители заряда, возникшие из-за ионизации примесей. Если электропроводность полупроводника обусловлена электронами, его называют полупроводником n-типа, если дырками - полупроводником р-типа.
17. МДП транзисторы с индуцированным и встроенным каналом.
Здесь МДП-структура дополнена двумя металлическими контактами «островками» n + типа, между которыми может возникать канал n-типа. Эти области называют стоком и истоком.
При напряжении на затворе U3 > U0 в подзатворной области концентрация свободных электронов превышает концентрацию дырок (режим инверсии). При этом появляется слой полупроводника с электронной проводимостью, который используется, как канал в МДП - транзисторе. Канал соединяет исток и сток. Становится возможным протекание тока между истоком и стоком.
Существуют и p-канальные МДП-транзисторы. В них используется МДП структура с
полупроводником n-типа. Р-канал появляется при отрицательном напряжении Uзи < U0. МДП транзисторы со встроенным каналом:
n-слой выполняет функцию канала, который существует в таком транзисторе и при Uзи =0. Как и в транзисторах с индуцированным каналом, в МДП транзисторах со встроенным каналом в зависимости от напряжения на затворе наступает обогащение или обеднение канала. При достаточно сильном обеднении, т.е. при Uзи< U0, наступает режим инверсии полупроводника под затвором. Канал исчезает, транзистор запирается.
32. Изготовление подложек интегральных схем.
Все элементы ИС очень тонкие, плоские и располагаются в приповерхностном слое общего кристалла полупроводника – подложки. Их изготовление осуществляется обработкой одной из поверхностей плоской подложки. Нижняя поверхность подложки при этом не используется. Технология изготовления таких ИС часто называется планарно-эпитаксиальной. Такая технология стала возможной благодаря применению фотолитографии. Её задачей является создание так называемой маски на поверхности подложки.
Создаётся большой кремниевый слиток (цилиндр), который режут на тонкие круги, а потом их на много маленьких подложек (это уменьшает стоимость и увеличивает качество изделий)
Подготовленная к фотолитографии кристаллическая кремниевая подложка с идеально обработанной поверхностью.
Создание защитного слоя SiO2, например термическим окислением кремния.
47. Логические элементы на биполярных транзисторах (ТТЛ элемент).
Схема простейшего двухвходового ТТЛ-элемента И-НЕ
Основу образует многоэмиттерный транзистор (МЭТ), который отличается от обычного интегрального биполярного транзистора (БТ) наличием не одной, а нескольких эмиттерных областей (например, двух).
Наличие нескольких эмиттеров позволяет реализовать самые разные логические функции, в том числе
– основные – И, ИЛИ, НЕ и их комбинации. Изготовление многоэмиттерного БТ требует тех же технологических операций, что и для обычного транзистора и не усложняет изготовление ИС. В МЭТ, в отличие от обычного транзистора, не один, а несколько равноценных эмиттерных переходов.
Поэтому при подаче прямого напряжения на любой из этих переходов начинается инжекция неосновных носителей в базу и может быть получен активный режим или режим насыщения.
ТТЛ-элемент используется в цепях с цифровыми сигналами, т.е. на входах появляются сигнал "0" или сигнал "1".
Если, например, на входе xl присутствует сигнал 0 (т.е. напряжение, близкое к 0), то на первом эмиттерном переходе МЭТ действует прямое напряжение и этот переход открыт. В этом случае ток от плюса источника питания через резистор R1 протекает через открытый переход на землю. Напряжение на открытом эмиттерном переходе МЭТ около 0.7 В. Этого недостаточно для отпирания двух последовательных переходов - коллекторного перехода МЭТ и эмиттерного перехода Т2. Т2 закрыт, падение напряжения на R2 равно нулю, и на выходе ТТЛ-элемента действует напряжение высокого уровня, т.е. сигнал 1. Аналогичная картина наблюдается и при сигнале 0 на входе х2 и при сигналах 0 на обоих входах.
При одновременной подаче сигналов 1 на все входы МЭТ эмиттерные переходы МЭТ будут заперты. На базе МЭТ высокий потенциал, достаточный для отпирания двух последовательных переходов - коллекторного перехода МЭТ и эмиттерного перехода Т2. В этом случае ток от плюса источника через R1 проходит через коллекторный переход МЭТ и эмиттерный переход Т2. Т2 открыт, напряжение на выходе ТТЛ-элемента близко к 0.
Таблица истинности ТТЛ-элемента: