входного. В результате в многокаскадном тракте с непосредственными межкаскадными связями происходит многоступенчатое повышение потенциальных уровней от входа к выходу. Вследствие этого для нормальной работы многокаскадного тракта без цепи сдвига уровня требуются источники питания с повышенным значением напряжения.
Основным назначением цепи сдвига уровня является понижение постоянного потенциала при минимальном ослаблении сигнала.
Седьмой билет
7. Контактная разность потенциалов, токи в контактах веществ в отсутствие внешнего напряжения. Равновесное состояние.
На границе металлов, проводников и полупроводников всегда возникает электрическое поле, сила которого характеризуется контактной разностью потенциалов φк.
В качестве примера рассмотрим контакт двух металлов
Если металлы неодинаковы, неодинакова и сила этих потоков. В результате в одной из приграничных областей концентрация свободных электронов увеличится (обогащение), в другой – уменьшится (обеднение). Равенство по модулю положительных зарядов ядер и отрицательных зарядов электронов в этих областях нарушается, они приобретают заряд: отрицательный в обогащенной области, положительный в обеднённой области. Эти заряды создают в приграничных областях электрическое поле с контактной разностью потенциалов φк.
Работа, которую надо совершить, для выхода электрона из металла, называется работой выхода. Численно она равна qφ, где φ – потенциал электрического поля на поверхности. Для металлов с работами выхода qφ1 и qφ2 контактная разность потенциалов определяется выражением: φк = φ1 - φ2.
Электрическое поле в контакте может способствовать или препятствовать движению подвижных носителей заряда. Потому распространён термин потенциальный барьер, высота которого равна φк.
Собственные токи в контактах:
Так как проводники и полупроводники способны проводить ток, в контактах между ними в отсутствие внешнего напряжения могут возникать токи.
Здесь левая область, обозначенная как n+, обладает более высокой концентрацией примесей и основных носителей – свободных электронов. В таком контакте существуют условия для возникновения диффузии: концентрация свободных электронов в n+ области больше, чем в n области. Свободные электроны будут диффундировать из n+ области в n область. Следовательно, в таком контакте существует диффузионный ток Iдифф.
В n+ области, теряющей часть отрицательных положительный заряд нескомпенсированных ионов. В избыточный отрицательный заряд. Поэтому появляется
зарядов, возникает обеднение и образуется n области, в результате обогащения возникает собственное электрическое поле с контактной
разностью потенциалов φк. Это поле заставляет часть свободных электронов пересекать контакт в обратном направлении, т.е. порождает встречный дрейфовый ток Iдр. Устанавливается равновесное состояние:
Iдифф = Iдр
Токи равны и противоположны, поэтому тока во внешней цепи нет.
22. Инерционные свойства МДП и биполярных транзисторов. Уменьшение инерционности: выбор типа полупроводника и размеров структур.
Термины инерционные или динамические свойства транзисторов подразумевают их неспособность мгновенно реагировать на появление входного сигнала.
Главной причиной инерционности любых электронных элементов является наличие в них ёмкостных или индуктивных, т.е. реактивных составляющих токов и напряжений.
Основным паразитным реактивным параметром МДП-транзистора является ёмкость между затвором и каналом Сзк, эта ёмкость носит распределённый характер.
Скачок напряжения Uзи вызывает изменение поля в диэлектрике вблизи истока. До тех пор пока это изменение не распространится до стока, ток Iс остается неизменным.
Инерционные свойства БТ в значительной степени определяются ёмкостями его p-n переходов ЭП и
КП.
Ещё один фактор инерционности БТ - относительно медленное перемещение инжектированных в базу носителей от ЭП к КП. Его влияние учитывается временем пролёта области базы, или просто временем пролета τпр.
Чтобы уменьшить инерционность нужно выбрать полупроводник n-типа, так как электроны быстрее дырок, и уменьшить размеры структур для увеличения быстродействия.
37. Устройство и изготовление интегральных схем на комплементарных МДП транзисторах.
Комплементарными называют пары транзисторов с максимально схожими характеристиками, но с разным типом канала (n- и p-).
Фрагмент ИС с комплементарными МДПтранзисторами:
Подложка n+ подключена к +Eпит. (шальное n+ в конце.) Подключение к n+ в начале не нарисовано, тк оно уходит в землю.
Для изготовления такого транзистора понадобится подложка из кремния р-типа (р-Si). Создание диэлектрического защитного слоя из двуокиси кремния (SiO2):
1. |
Фотолитография |
|
|
a. |
Нанесение фоторезиста |
|
b. |
Наложение фотошаблона |
|
c. |
Засветка |
|
d. |
Удаление фотошаблона |
|
e. |
Смывка незасвеченного фоторезиста |
|
f. |
Травление SiO2 плавиковой кислотой |
|
g. |
Смывка засвеченного фоторезиста |
2. |
Диффузия донорной примеси для создания n-кармана |
|
3. |
Фотолитография |
|
4. Диффузия донорной примеси для создания островков n+- типа 5. Фотолитография 6. Диффузия акцепторной примеси для создания островков р+- типа 7. Фотолитография
8. Напыление сплошного металлического слоя.
9. Удаление незасвеченного фоторезиста обнажит «лишний» металл, где его можно будет удалить травлением кислотой
52. Дифференциальный усилительный каскад. Дифференциальная и синфазная составляющие входного сигнала.
Для усиления сигналов в АИС применяются дифференциальные усилительные каскады (ДУ). Схема простейшего ДУ на биполярных транзисторах.
Благодаря интегральной технологии, параметры элементов ДУ практически одинаковы. При одинаковых входных напряжениях токи транзисторов равны, падения напряжения на резисторах также равны и поэтому Uвых = 0. Если Uвх1 ≠ Uвх2, токи плеч неодинаковы и появляется некоторое Uвых ≠ 0. В общем случае Uвых = Ku Uвх = Ku ( Uвх2 - Uвх1 ).
При одинаковых (синфазных) Uвх1 и Uвх2 выходное напряжение остаётся равным нулю: под действием синфазных сигналов ΔUэ = ΔUб. Из-за того, что в цепи есть постоянный источник тока, поддерживающий сумму токов эмиттера, эти токи не могут измениться синфазно. Значит изменения тока в ветвях не произойдет, Uвых = 0.
При подаче дифференциальных сигналов (напряжения равной величины, но противоположных знаков) их разность является входным сигналом ДУ: Uвх=ΔUб1-ΔUб2
В силу симметрии сигнал Uвх поделится поровну между обоими эмиттерными переходами: на одном из них напряжение увеличится на ½ Uвх, а на другом уменьшится на ту же величину. Приращение токов и коллекторных потенциалов в плечах ДУ будут одинаковыми по величине, но разного знака: Uвых=ΔUк1-ΔUк2.
Свойства ДУ:
1. Изменения температуры и напряжения источника сказываются на одинаковых плечах в одинаковой степени. И хотя токи плеч изменяются, они остаются равными и сбалансированное состояние, т.е. Uвых = 0 сохраняется
2. Возможны дифференциальное, инвертирующее и неинвертирующее включения ДУ. Сигнал на Uб1 (заземление на Uб2) - Uвых противофазно Uвх → инверсия. В противном случае - неинвертирующее включение