Шестой билет

6. Контакты и структуры, используемые в электронике. M-n переход, p-n переход, МДП структура, n-p-n и p-n-p структуры.

Переходы металл-полупроводник это, прежде всего, омические контакты (токовводы) для полупроводниковых приборов (диодов, транзисторов и других).

Контакты обладающий выпрямляющими свойствами называются контактами Шотки. Главное преимущество - малые тепловые потери, так как напряжение “открытия” меньше, чем в омическом контакте

(~0,2 В < ~0,7В)

●​ m-n переход, контакт металл-полупроводник, относится к наиболее распространенным в электронике типам контактов. Чаще всего это обычный, омический контакт. Его сопротивление невелико, не зависит от знака и величины приложенного напряжения. Ток в омическом контакте связан с напряжением законом Ома. Такие контакты необходимы для электрического соединения элементов или их частей друг с другом.

●​ p-n переход. Главным свойством является односторонняя проводимость, т.е. способность хорошо проводить ток только при одной полярности приложенного напряжения (прямое напряжение). При обратном напряжении ток на несколько порядков меньше. Как правило, одна из областей p-n перехода имеет намного более высокую концентрацию примеси. Область с большей концентрацией примесей называют также сильнолегированной областью, с меньшей – слаболегированной. Сильнолегированная область – эмиттер, слаболегированная – база.

●​ МДП-структура, в которой контактируют металл, диэлектрик и полупроводник. МДП-структура является основой самого распространённого электронного элемента нашего времени– МДП транзистора.

В качестве диэлектрика обычно используется собственный окисел кремния - SiO2. Поэтому часто эта структура называется и как МОП - структура. Конструктивные особенности - тонкий слой диэлектрика.

●​ Биполярный транзистор является электронным элементом с двумя р-n переходами: p-n-p, n-p-n. Области БТ получили следующие названия: n+ – эмиттерная; р–базы и n коллекторная. Названия внешних контактов: эмиттер, база, коллектор.

Основные конструктивные особенности: тонкая база, сильнолегированный эмиттер (Nэ >> Nб, обычно на 2 порядка).

21. Схема с общей базой, схема с общим эмиттером. Соотношения токов, параметры и статические характеристики.

Схема с общей базой, соотношение токов:

В кремниевых транзисторах, наиболее распространённых сегодня, Iкб0 пренебрежимо мал. Поэтому α=Iк/Iэ.

Статические характеристики: С общей базой:

Входные характеристики БТ в схеме с ОБ – это зависимости Iэ(Uэб) при различных Uкб, т.е. ВАХ эмиттерного перехода.

Положение входной характеристики несколько зависит от выходного напряжения Uкб. При увеличении этого напряжения увеличивается толщина обедненного слоя коллекторного перехода. Следовательно, уменьшается эффективная толщина базы w и возрастает градиент инжектированных в неё свободных электронов dn/dw. Поэтому с ростом Uкб возрастает и диффузионный входной ток (эффект Эрли).

Выходные характеристики БТ в схеме с ОБ – это зависимости Iк(Uкб) при различных токах эмиттера, т.е. ВАХ коллекторного перехода.

По форме они такие же, как обратная ветвь ВАХ p-n перехода, но, в отличие от ВАХ p-n перехода, их принято помещать в первой четверти графика, т.е. в перевёрнутом виде. Выходные характеристики обычно изображают в виде семейства характеристик. Это позволяет графически отразить не только зависимость Iк(Uкб), но и зависимость Iк(Iэ).

Вобласти активной работы график принимает горизонтальный вид, так как α → 1.

Собщим эмиттером:

Входные характеристики:

Входное напряжение в схеме с общим эмиттером Uэб – это напряжение на эмиттерном переходе. Входные характеристики в схеме с общим эмиттером отличаются проявлением эффекта Эрли, т.е. влиянием выходного напряжения Uкэ на входной ток Iб. Когда с ростом Uкэ коллекторный переход расширяется, а база сужается, Iб уменьшается из-за уменьшения рекомбинации.

Выходные характеристики схемы общим эмиттером.

Выходной ток Iк, как и в схеме с общей базой – это ток КП. Выходное напряжение Uкэ=Uкб+Uбэ. Поэтому выходные характеристики на величину Uбэ смещены вправо и целиком находятся в первом квадранте. Из-за того, что выходное напряжение частично приложено и к ЭП, выходные характеристики имеют также более значительный наклон.

36. Устройство и изготовление интегрального биполярного транзистора.

На рисунке изображён фрагмент подложки ИС с интегральным БТ наиболее распространённой структуры n-p-n.

Изготовление БТ начинается с эпитаксии на поверхности подложки сплошного n+-слоя. Затем на него наращивается будущий коллекторный n-слой. Эти два слоя потребуется разделить на отдельные островки со структурой n+- n, в каждом из которых будет сформирован БТ. Для разделения островков понадобится первая фотолитография и так называемая разделительная диффузия акцепторной примеси, которая превратит промежутки между островками в кремний р-типа.

Для создания базы (р-слой) и эмиттера (n+-слой) потребуются ещё две фотолитографии и диффузии. Завершается изготовление напылением сплошного металлического слоя, ещё одной фотолитографией и травлением «лишнего» металла.

51. Генератор стабильного тока, токовое зеркало, цепь сдвига уровня.

Генератор стабильного тока - источник, который обеспечивает ток в нагрузке, не зависящий от падения напряжения на ней.

Для получения тока со стабильным значением в источниках применяют либо БТ в схеме с ОБ, работающий в активном режиме, либо полевые транзисторы.

Токовое зеркало:

Для многих схем источников тока, а также большинства схем дифференциальных усилителей с активной нагрузкой основой является схема токового зеркала. При полной идентичности транзисторов ток, текущий через левую часть схемы, является зеркальным отражением тока в правой части, поэтому схема и называется токовым зеркалом.

ВАИС нередко возникает задача создания одинаковых или пропорциональных друг другу токов сразу

внескольких стабилизируемых цепях. Её решением является применение схемы «токовое зеркало».

Цепь сдвига уровня:

В каскадах ОЭ и ОБ на транзисторах n-р-n структуры постоянный потенциал на выходе всегда выше