Пятый билет

5. Диффузионный и дрейфовый ток

Дрейфовый электрический ток - это направленный перенос заряда происходящий под действием электрического поля. Обычный электрический ток в металлических проводах - дрейфовый.

Дрейфовый ток очень мал, так как мала концентрация неосновных носителей. Дрейфовый ток, в первом приближении, не зависит от величины электрического поля в pn переходе, так как ограничен возможностью неосновных носителей, совершающих тепловые хаотичные блуждания, оказаться в ОПЗ.

Вполупроводниках, кроме дрейфа снз (свободных носителей заряда) в электрическом поле, существует направленный перенос заряда за счет разности концентраций снз. Эту разность концентраций легко получить, например, за счет неоднородного введения примесей. P-n переход это наиболее важный пример такого неоднородного полупроводника.

Вp-n переходе, из-за разности концентраций основных носителей, в приконтактной области, идет диффузия дырок из p-области в n-область и электронов из n-области в p область. Далее, избыточные дырки

вn-области и электроны в p-области рекомбинируют с основными носителями этих областей.

Воднородном примесном полупроводнике заряд ионизованных примесей скомпенсирован зарядом порожденных ими основных носителей заряда. В результате процессов диффузии снз в тонком слое на границе раздела p и n областей возникает объемный пространственный заряд (ОПЗ) из нескомпенсированных ионов примесей - двойной электрический слой из ионов акцепторов на p-стороне и ионов доноров на n стороне. Внутри ОПЗ существует электрическое поле и, связанный с полем, потенциальный барьер.

Вэлектрическом поле p-n перехода возникает дрейфовый ток неосновных носителей, направленный противоположно току диффузии основных носителей.

20.Биполярный транзистор. Схемы включения. Режимы

Биполярный транзистор является электронным элементом с двумя р-n переходами.

Каждая область снабжена омическими контактами металл-полупроводник, служащими для подключения к внешним цепям: эмиттер, база, коллектор. P-n переход между эмиттером и базой получил название эмиттерный переход, между базой и коллектором – коллекторный переход.

Конструктивные особенности:

1.​ Малая толщина базы, не более 0,5 мкм; 2.​ Малая концентрация примеси в базе, порядка 10^16 см-3;

3.​ Большая концентрация примеси в эмиттере, до 10^20 см-3. Возможны четыре режима БТ:

1.​ Активный режим - ЭП открыт, КП закрыт. Используется для усиления сигналов; 2.​ Режим отсечки - ЭП закрыт, КП закрыт. Используется в ключе, закрытое состояние ключа;

3.​ Режим насыщения - ЭП открыт, КП открыт. Используется в ключе, открытое состояние ключа; 4.​ Инверсный режим - ЭП закрыт, КП открыт.

БТ включатся как четырехполюсник с ОБ, ОЭ, ОК.

35. Устройство и изготовление интегрального МДП транзистора.

Устройство интегрального МДП-транзистора:

МДП-структура содержит металлический слой, слой диэлектрика и слой полупроводника. Если используется самый распространённый полупроводник – кремний, то диэлектрик, как правило, двуокись кремния SiO2. Такой диэлектрик на поверхности кремния легко создаётся путём его окисления.

Полупроводник может быть как n, так и p типа. МДП-структура дополнена двумя снабженными металлическими контактами «островками» n+-типа, между которыми может возникать канал n-типа. Эти области называют стоком и истоком.

Внутренние контакты с помощью обычных, омических контактов с металлом выведены на поверхность, что позволяет соединять их с внешними цепями. Благодаря высокой степени легирования, контакты обладают ничтожным сопротивлением.

Для изготовления такого транзистора понадобится подложка из кремния р-типа (р-Si). В процессе фотолитографии диффузия донорной примеси создаст островки n+-типа. Затем будет выполнено напыление сплошного металлического слоя. На него будет нанесён фоторезист для второй фотолитографии. После удаления незасвеченного фоторезиста, можно будет удалить “лишний” металл травлением кислотой.

Особым растворителем удаляется засвеченный фоторезист, после чего изготовление транзистора и соединительных проводников будет завершено.

50. Особенности схемотехники аналоговых интегральных схем.

Основной особенностью схемотехники аналоговых ИС (АИС) является использование аналоговых сигналов, описывающихся непрерывными функциями времени.

Аналоговые ИС можно разделить на универсальные и специализированные. К универсальным относятся матрицы согласованных резисторов, диоды и транзисторы, а также интегральные операционные усилители (ОУ).

Специализированные аналоговые микросхемы выполняют функции перемножения аналоговых сигналов, фильтрацию, компрессию и т.д.

​​ При работе любой аналоговой схемы наблюдается отклонение (разброс) выходных сигналов Uвых(t) в некотором диапазоне. Источником отклонения может быть температурный и временной дрейф параметров элементов схемы, шумы, технологический разброс параметров и т.д.

​​ Сложность получения высокой точности воспроизведения характеристик элементов при хорошей их стабильности и минимальных шумах являлась причиной отставания развития аналоговых схем по сравнению с цифровыми ИС. В настоящее время это отставание ликвидировано, и аналоговые микросхемы используются в качестве основной элементной базы большинства аналоговых устройств.