35.11. Микроэлектроника

Микроэлектроника – это отрасль электроники, разрабатывающая интегральные микросхемы – электронные устройства (усилители, микропроцессоры компьютеров и т. д.), которые изготовляются в едином технологическом цикле на поверхности одного полупроводникового кристалла и содержат до миллиона транзисторов, резисторов и конденсаторов. На поверхности кристалла кремния в нужных местах наращивают методом кристаллизации из паров слои полупроводника толщиной около 1 мкм с нужными типами примесей и металлические пленки. Окислением кремния при температуре около 1300 К создаются изолирующие пленки диоксида кремниятолщиной около 0,1 мкм. На рис. 34.36 показан фрагмент микросхемы с однимтранзистором. Линейные размеры транзистора около 1 мкм.

35.12. Фоторезистор

При освещении полупроводника происходит высвобождение в полупроводнике носителей тока (перебрасывание электронов из валентной зоны или с примесных уровней в зону проводимости). Это явление называется внутренним фотоэффектом, а дополнительная проводимость, обусловленная этим процессом, называется фотопроводимостью.

Явление фотопроводимости используется в фоторезисторах. Фоторезистор – это полупроводниковый прибор, проводимость которого изменяется в зависимости от изменения падающего на него светового потока.

Принципиальная схема фоторезистора приведена на рис. 35.31. Изолирующая подложка 1 покрыта тонким слоем полупроводника 2, к которому прикреплены металлические электроды 3, обеспечивающие надежный контакт. Эти детали размещены в эбонитовой оправе с окошком.

Для защиты светочувствительной поверхности фоторезистора от вредного воздействия окружающей среды ее покрывают тонкой пленкой лака, прозрачного для области спектра, к которой чувствителен данный фоторезистор. В фоторезисторах применяют полупроводники с наиболее выраженным фотоэффектом, такие как сернистый кадмий CdS, сернистый свинец РbS, селен Sе и др.

Вотличие от вакуумных фотоэлементов, фоторезисторы могут воспринимать не только излучение с большой энергией кванта (синее и ультрафиолетовое), но и красное и даже инфракрасное.

Чувствительность фоторезисторов на четыре порядка выше чувствительности вакуумного фотоэлемента. Это позволяет иногда использовать фоторезисторы в схемах автоматики без усиления (как в схеме, показанной на рис. 35.32). При освещении фоторезистора его сопротивление уменьшается и ток в цепи превышает порог срабатывания реле. При этом замыкается цепь исполнительного механизма. Высокая чувствительность фоторезисторов позволяет применять их для астрономических наблюдений, световых измерений и т. д.

35.13. Терморезистор

Электрическое сопротивление полупроводников, как уже отмечалось, в значительной степени зависит от температуры. На этом явлении основывается действиетерморезисторов (термисторов). Терморезисторы изготовляют спеканием порошковых полупроводниковых материалов (преимущественно окислов металлов) в твердую компактную массу в форме нити, бруска, цилиндра, пластинки, бусинки. Образец окантовывают контактными колпачками или припаивают к нему контактные проводники. Затем терморезистор покрывают снаружи водостойкой эмалевой краской или герметизируют в металлическую капсулу. Условное графическое изображение терморезистора на схемах показано на рис. 35.33.

С повышением температуры от досопротивление терморезистора уменьшается в тысячи раз. Это позволяет использовать терморезисторы в качестве датчиков температуры в цепях автоматического управления и температурной стабилизации.