15.Полупроводниковые резисторы

Полупроводниковые резисторы нашли широкое применение в электронных приборах. К ним относятся терморезисторы, магниторезисторы, варисторы, фоторезисторы. Принцип действия таких приборов основан на изменении свойств полупроводниковых материалов при воздействии на них температуры, магнитного и электрического полей, электромагнитного излучения.

Полупроводниковый терморезистор представляет собой прибор, сопротивление которого изменяется при изменении температуры. Зависимость сопротивления от температуры имеет вид:

R_T=A exp (B/T),

где А, В – постоянные, определяемые свойствами полупроводникового материала и конструкцией терморезистора, Т–температура.

С увеличением температуры сопротивление терморезистора уменьшается. Температурный коэффициент сопротивления терморези­стора лежит в пределах от 2 до 8,5% на градус.

В качестве терморезисторов могут использоваться полупровод­никовые диоды и транзисторы при прямом или обратном включении. Реальная величина температурного коэффициента напряжения (ТКН) диода составляет 2 – 3 мв/⁰С.

Терморезисторы применяются в качестве первичных преобразо­вателей температуры для контроля и регулирования температуры, а также в схемах температурной компенсации.

Магниторезистор представляет собой полупроводниковый прибор, электрическое сопротивление которого зависит от воздействия на него магнитного поля. Магниторезисторы позволяют обеспечить хорошую гальваническую развязку. Для формирования магнитного поля можно использовать постоянный магнит или электромагнит.

Зависимость сопротивления магниторезистора от величины магнитного поля нелинейна. С увеличением величины магнитного поля сопротивление возрастает.

Основными параметрами магниторезистора являются:

• номинальное сопротивление при отсутствии магнитного поля,

• мощность рассеивания,

• ТКR,

• зависимость R_B= f (H).

Магниторезисторы нашли применение в коммутационной технике: бесконтактных выключателях, реле, контактах управления.

Варисторы представляют собой полупроводниковые резисторы, сопротивление которых зависит от приложенного напряжения. Зависимость сопротивления от напряжения нелинейная и имеет вид (рис.43). Сопротивление R_В уменьшается при увеличении приложенного напряжения. Варисторы применяются для защиты от перенапряжений, защиты от помех, для искрогашения в электрических машинах. Они ограничивают возникающее напряжение, особенно при коммутации индуктивной или емкостной нагрузки, и тем самым позволяют значительно повысить срок службы контактов реле и т.д.

Фоторезисторы представляют собой полупроводниковые приборы, сопротивление которых зависит от электромагнитного излучения.

16.Приборы с зарядной связью

Приборы с зарядной связью (ПЗС) представляют собой полупроводниковый прибор, имеющий большое число близко расположенных и изолированных от подложки затворов (МДП – структуры), под которыми может происходить перенос к стоку информационных пакетов неосновных носителей заряда, либо поступающих из истока, либо возникающих в подложке при воздействии оптического излучения. ПЗС – это прибор, представляющий собой семейство полевых транзисторов. Однако принцип его работы подобно биполярным приборам основан на движении неосновных носителей заряда. Так как единый проводящий канал между истоком и стоком отсутствует, а движение заряда происходит от затвора к затвору, то для реализации такого движения на затворы необходимо подавать соответствующие тактовые напряжения. Структурная схема ПЗС с тремя секциями затворов переноса носителей заряда и временные диаграммы, поясняющие его работу, приведены на рис.44. Прибор выполнен на подложке из n-кремния и имеет две высоколегированные - области, которые представляют собой соответственно исток и сток. Между исто­ком и стоком расположено семь затворов. Затвор, расположенный непо­средственно рядом с истоком, является управляющим, остальные шесть затворов, необходимы для переноса неосновных носителей от истока к стоку. прибор, кроме традиционных для полевого транзистора выводов исток, затвор, сток, снабжены еще тремя управляющими (динамическими) выводами. Для нормального функционирования на секции переноса подаются ступенчатые напряжения, причем уровень одного из них меньше порогового напряжения МДП-структуры, а уровень двух других – больше. Уровни напряжения на управляющих выводах циклически изменяются, создавая в структуре n-про­водника, сдвигающуюся потенциальную яму. Эта яма увлекает за собой неосновные для подложки носители заряда (в данном случае – дырки).

М ожно назвать три основных сферы применения ПЗС: преобразование излучения в электрический сигнал – фоточувствительные ПЗС (ФПЗС); аналоговую обработку информации – линии задержки, фильтры; запоминающие устройства ПЗУ (ЗУ).

Полупроводниковые лазеры

Лазер или оптический квантовый генератор представляет собой резонатор, в который помещена активная среда, содержащая атомы в возбужденном состоянии. Для получения активных атомов используется вспомогательный источник энергии – генератор на­качки. Механизм накачки может быть самым разнообразным – подсветка вещества вспомогательным излучением, возбуждение электронным потоком, ионизация и др. В качестве активной среды может использоваться газ, жидкость или твердое тело. Под действием накачки в веществе активной зоны возникает состояние инверсной заселенности, при котором число атомов на верхнем уровне превышает число атомов на нижнем энергетическом уровне.

В зависимости от вида активной среды различают газовые лазеры, жидкостные лазеры, твердотельные лазеры. Разновидностью твердотельных лазеров являются полупроводниковые лазеры.

По способу накачки полупроводниковые лазеры можно разде­лить на четыре группы:

• инжекционные лазеры на p-n переходах,

• с возбуждением (накачкой) электронным пучком,

• с оптической накачкой,

• стримерные лазеры.

В инжекционных лазерах излучение возникает в результате рекомбинации электронов и дырок в p-n переходе при прохождении через него тока в прямом направлении.

Принцип действия полупроводникового лазера с возбуждением электронным пучком (рис. 45) состоит том, что быстрые электроны, при прохождении через кристалл ионизируют атомы решетки, образуя быстрые вторичные частицы, которые, в свою очередь, образуют третичные частицы и т.д.

Рис. 45. Схема полупроводникового лазера с продольной накачкой

В полупроводниковых лазерах с оптической накачкой для раскачки используется световая энергия. При поглощении кристаллом кванта света в валентной зоне образуется «горячая» дырка, а в зоне проводимости – электрон.

В стримерные полупроводниковых лазерах электронно-дырочная плазма возникает в результате лавинного пробоя под действием электрического поля при приложении к кристаллу импульса высокого напряжения.

Лазеры нашли широкое применение в различных областях техники. Например, они применяются в электронной технике, особенно в производстве интегральных схем (изготовление фотошаблонов, подгонка резисторов, лазерное скрайбирование, заварка корпусов ИС и др.). Лазеры используются в медицине, в вычислительной технике, в связи.