Девятый билет

9. Электрический и тепловой пробой в контактах и структурах.

При обратном смещении поле p-n перехода увеличивается и может достигнуть предела электрической прочности материала, после чего наблюдается быстрый рост обратного тока. Так возникает электрический (обратимый) пробой, который бывает двух видов - лавинный и туннельный.

Кинетическая энергия приобретаемая свободными носителями заряда на длине свободного пробега при лавинном пробое, становиться достаточной для ударной ионизации атомов полупроводника. СНЗ лавинообразно размножаются и, с ростом обратного напряжения, быстро растет обратный ток. Лавинный пробой характерен для p-n переходов с большой толщиной области пространственного заряда («широкий» p-n переход).

В«узких» p-n переходах электрический пробой наступает при малых напряжениях и имеет туннельную природу. Для кремниевых диодов напряжение туннельного пробоя 6 В и меньше.

Воснове туннельного пробоя лежит туннельный эффект, связанный с переходом электронов через тонкий потенциальный барьер без изменений энергии. Необходимым условием туннельного пробоя перехода электронов является наличие занятых энергетических состояний в валентной p-области и свободных состояний с теми же значениями энергии в n-области.

При достаточно большом обратном токе I и напряжении U, в p-n переходе может возникнуть положительная обратная связь (ПОС) по температуре, при которой, происходят следующие процессы: выделение тепла Q = U·I → рост температуры → рост концентрации снз → рост тока и так далее. Рост тока и тепловыделения стимулируют друг друга. В результате такого теплового необратимого пробоя материал перегревается и происходит деструкция материала.

24. Частотные свойства МДП и биполярных транзисторов. Частотные характеристики.

МДП:

​ Частотные свойства полевых транзисторов определяются временем пролета носителей в канале и паразитными ёмкостями.

​ Частотные свойства полевых транзисторов определяются постоянной времени RC - цепи затвора. Применение МДП-транзисторов в усилительных каскадах с большим входным сопротивлением возможно в диапазоне частот, не превышающих сотен килогерц - единиц мегагерц.

При работе в переключающих схемах скорость переключения полностью определяется постоянной времени RC - цепи затвора. У полевых транзисторов с изолированным затвором входная емкость значительно меньше, поэтому их частотные свойства намного лучше, чем у полевых транзисторов с р-п - переходом.

Биполярный транзистор:

При изменении частоты сигнала или при подаче импульсных сигналов на работу транзистора и на его параметры могут существенно влиять инерционные процессы, обусловленные наличием реактивностей (в основном паразитных емкостей переходов) и конечным временем переноса носителей через область транзистора. ​

Инерционные свойства транзистора определяют возможности его использования в конкретных электрических схемах, особенно в усилительных и генераторных устройствах, работающих на высоких частотах.

39. Роль и методы изоляции элементов интегральных схем.

Роль:

Монолитная интегральная схема представляет собой небольшой кристалл полупроводника, чаще всего кремния, на котором размещается множество транзисторов и других элементов, которые необходимо изолировать друг от друга.

Методы изоляции:

1.​ Изоляция обратно смещенным p–n-переходом.

Весь эпитаксиальный слой разбивается на отдельные n-области, изолированные посредством р-областей. Для надежной изоляции необходимо, чтобы р-n-переход между диффузионным р-слоем и

n-эпитаксиальным слоем был смещен в обратном направлении. Однако эта изоляция не идеальна, так как между изолированными n-областями и р-подложкой существует ток утечки и паразитная барьерная емкость.

2.​ Изоляция диэлектриком.

Принципиально возможна и диэлектрическая изоляция элементов ИС. Примером такой изоляции являются ИС «кремний на сапфире».

Синтетический сапфир, в отличие от драгоценного природного сапфира, относительно недорог и довольно часто применяется в различных технических устройствах. Он является кристаллическим диэлектриком, очень прочен, прозрачен, устойчив к самым разным воздействиям. Его отличительной особенностью является совпадение параметров кристаллической решётки с параметрами решётки кремния.

3.​ Изопланарная технология изоляции (комбинированный метод)

В ее основе лежит локальное сквозное прокисление тонкого эпитаксиального слоя кремния n-типа, который в результате оказывается разделенным на отдельные карманы n-типа аналогично разделительной диффузии, но с тем отличием, что боковые изолирующие слои являются не полупроводниковыми, а диэлектрическими.

Однако данные части карманов по-прежнему разделены встречно включенными р-n-переходами. Заполненные окислом области, отделяющие коллектор от эмиттера и базы, позволяют снизить емкость коллектор - подложка и повысить напряжение пробоя изолирующего р-n-перехода.

54. Операционный усилитель с обратной связью. Формула Блэка.

Обобщённая схема усилителя с обратной связью представлена на рис. 46.

Операционный усилитель (ОУ) – одна из наиболее распространённых АИС, которая применяется как самостоятельная ИС так и в составе ИС с большой степенью интеграции. На ОУ могут быть построены разнообразные усилители, фильтры, корректоры АЧХ и ФЧХ, преобразователи сигналов, генераторы сигналов различной формы.

Она содержит усилитель с коэффициентом усиления по напряжению Ku, часть выходного сигнала которого возвращается на вход через цепь обратной связи с коэффициентом передачи β. Если обратная связь положительная (ПОС), напряжение обратной связи Uoc во входном сумматоре складывается с входным напряжением Uвх. Если обратная связь отрицательная (ООС), эти напряжения вычитаются. Коэффициент усиления усилителя с обратной связью Kuoc определяется формулой Блэка:

Kuoc = Ku /(1 ± β Ku)

Здесь знак «+» соответствует ООС, знак «-» соответствует ПОС.