Польові транзистори з ізольованим затвором
МДН- або МОН-транзистор являє собою прилад, у якому металевий затвор ізольований шаром діелектрика від каналу, утвореного в приповерхньому шарі напівпровідника. Принцип дії МДН транзистора заснований на явищі керування просторовим зарядом напівпровідника через шар діелектрика.
Розрізняють МДН-транзистори з вбудованим і з індукованим каналом.
У МДН-транзисторах із вбудованим каналомцей канал створюється технологічно. Даний тип транзисторів може працювати врежимі збіднення(на затвор подається від'ємна відносно витоку напруга, опір каналу збільшується і струм стока зменшується), і врежимі збагачення (на затвор подається додатня напруга, провідність каналу збільшується і струм стока збільшується).
У МДН-транзисторах з індукованим каналомканал між витоком і стоком индукується (наводиться) керуючою напругою затвора. У цих транзисторах при нульовій різниці потенціалів між витоком і затвором електропровідність між стоком і витоком практично відсутня. Даний тип транзисторів може працювати тільки в режимі збагачення.
Залежно від типу електропровідності каналу МДН-транзистори можуть бути р- або п-типу. Найбільше поширення одержали МДН-транзистори з індукованим каналом р-типу і з вбудованим каналом п-типу. Тип електропровідності витоку і стоку завжди збігається з типом електропровідності каналу.
Параметри і характеристики.Визначаються аналогічно польовому транзистору з керувальним р-п-переходом.
Для транзистора із вбудованим каналом вихідні характеристики і характеристики прямої передачі мають відповідно вигляд:
Для транзистора з індукованим каналом:
Мікроелектроніка загальні відомості
Бурхливий розвиток радіоелектроніки, ускладнення радіоелектронної апаратури, підвищення вимог до неї призвели до необхідності використання дуже великої кількості елементів для виготовлення приладів та пристроїв. Зокрема, особливо багато їх було потрібно для електронно-обчислювальних машин (ЕОМ). Створення таких машин, та і багатьох інших типів РЕА з дискретних елементів, тобто елементів, що являють собою самостійні вироби (діоди, транзистори, резистори, конденсатори та ін.), стало практично неможливим.
Приклад: якщо треба побудувати ЕОМ, що складається зі 108елементів, і кожен дискретний елемент має в середньому масу 1 г, об'єм 1 см3, споживану потужність 10 мВт, вартість 50 коп. та інтенсивність відмов 10-5год-1, то вся ЕОМ буде мати масу 100 т, об'єм 100 м3, споживану потужність 1000 кВт, вартість 50 млн. грн. і зовсім непридатну інтенсивність відмов 103год-1. Це означає, що приблизно кожні три секунди буде виходити з ладу один елемент. Розглянутий приклад доводить, що на дискретних елементах таку ЕОМ побудувати не можна. Подібні ЕОМ та інші складні типи РЕА створюються на основі мікроелектроніки.
Мікроелектроніка– це науково-технічний напрям електроніки, що займається проблемами дослідження, конструювання та виготовлення високонадійних та економічних мікромініатюрних електронних схем і пристроїв за допомогою комплексу фізичних, хімічних, схемотехнічних та інших методів.
Задачі та принципи мікроелектроніки:
Створення максимально надійних електронних схем і пристроїв.
Ця задача вирішується в основному шляхом використання якісно нових принципів виготовлення електронної апаратури, тобто шляхом відмови від використання дискретних елементів і створення інтегральних мікросхем (ІМС), у яких формування активних елементів (транзисторів, діодів), пасивних елементів (резисторів, конденсаторів) і сполучних елементів електронної схеми відбувається на поверхні або в об'ємі напівпровідникового кристала або на поверхні діелектричної підкладки в єдиному технологічному циклі. Мінімальна кількість внутрішньосхемних з'єднань дає можливість різко підвищити надійність мікроелектронної апаратури.
Зниження вартості електронних схем і пристроїв.
Ця задача вирішується шляхом формування за єдиний технологічний цикл структур різних елементів, міжелементних з'єднань і контактних площин для багатьох інтегральних мікросхем на відносно великій напівпровідниковій пластині або на діелектричній підкладці з наступним поділом відповідно на кристали або на плати інтегральних мікросхем. При цьому вдається виключити багато нераціональних технологічних операцій, скоротити число внутрішньосхемних з'єднань, виключити роздільну герметизацію окремих елементів та істотно скоротити число складальних операцій, які необхідні при виготовленні дискретних елементів і при їхній зборці в схему.
Поряд з рішенням цих двох найважливіших задач мікроелектроніки створення та використання ІМС призводить до різкого зменшення маси та об'єму електронної апаратури у порівнянні з масою та об'ємом апаратури на дискретних елементах, а також до зменшення споживаної потужності.
Перехід до мікроелектроніки відбувся поступово. Спочатку в РЕА на дискретних елементах стали застосовувати замість старого навісного (об'ємного) монтажу друковані схеми. Вони являли собою нанесені на плати з діелектрика сполучні провідники у вигляді металевих плівок, до яких припаювалися дискретні елементи. Об'єм апаратури при цьому знижувався.
Далі стали конструювати РЕА з модулів і мікромодулів – змонтованих у мініатюрних корпусах пристроїв (підсилювачі, генератори, різні перетворювачі та ін.). Мікромодулі можна швидко заміняти у випадку відмови. Спеціально для таких мікромодулів були розроблені мініатюрні діоди, транзистори, резистори, конденсатори, котушки та інші елементи. У деяких типах мікромодулів використалися мініатюрні друковані схеми. Однак і мікромодулі не дали повного рішення проблеми.
Величезний крок уперед у створенні найскладніших типів РЕА дозволили зробити інтегральні мікросхеми.
ІМС – це мікроелектронний виріб, виконуючий певну функцію перетворення, обробки сигналу та (або) нагромадження інформації, що має високу щільність упакування електрично з'єднаних елементів, і який з погляду вимог до випробувань, приймання, поставки та експлуатації розглядається як єдине ціле.
ІМС містять елементи і компоненти.
Елементом ІМСназивають її частину, що виконує функцію електронного елемента (діода, транзистора, конденсатора, резистора) і конструктивно є невіддільною від ІМС.
Компонентом ІМСназивають її частину, що виконує функцію електронного елемента, але перед монтажем є самостійним виробом.
Кристал– готовий напівпровідниковий прилад або мікросхема без зовнішніх виводів і корпуса.
Щільність упакування (монтажу) ІМС– це відношення числа елементів інтегральної мікросхеми до об'єму інтегральної мікросхеми без врахування об'єму виводів.
Ступінь інтеграції– параметр ІМС, що характеризує ступінь складності ІМС або число елементів, які містяться в ній.
Переваги інтегральних мікросхем:
Малі розміри та маса;
Мала споживана потужність;
Висока надійність за рахунок зменшення числа паяних з'єднань;
Висока швидкодійність;
Відносно низька вартість.
Класифікація ІМС:
За функціональним призначенням: цифрові, аналогові, аналогово-цифрові;
За характером виконуємих функцій: підсилювачі, генератори, тригери, логічні елементи і т.д.;
За принципом дії основних елементів: біполярні, МДН, комплементарні;
За конструктивно-технологічними ознаками: напівпровідникові, плівкові, гібридні, сполучені.
За ступенем інтеграції: Якщо інтегральна мікросхема містить до 10 елементів включно, то її називають ІМС першого ступеня інтеграції (проста ІМС); якщо від 10 до 100 елементів – другого ступеня інтеграції (середня ІМС); від 100 до 1000 елементів – третього ступеня інтеграції (велика ІМС – ВІМС), більше 1000 елементів – надвелика ІМС.