2014_4434

1.2.2. С3-ЭЛ01 – набор транзисторов и логических элементов

61

Приложение 2

ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ ПАРАМЕТРЫ ИССЛЕДУЕМЫХ ПОЛУПРОВОДНИКОВЫХ ЭЛЕМЕНТОВ

2.1. Основные и предельно допустимые параметры диодов

Используемые обозначения:

Iпр max – максимальный прямой ток диода;

Uпр max – максимальное прямое напряжение диода; Iобр max – максимальный обратный ток диода;

Uобр max – максимальное обратное напряжение диода.

Дополнительные параметры арсенидгаллиевого светодиода (АЛ307А):

Цвет свечения – красный;

Iпр ном = 10 мА – номинальный прямой ток светодиода;

λ = 650 … 670 нм – диапазон излучаемых длин волн; I = 150 мкКд – сила света светодиода;

T = –60 … +70 °C – диапазон рабочих температур.

На рис. П2.1–П2.3 представлены вид корпуса и габариты рассматриваемых диодов (все размеры даны в миллиметрах).

62

Рис. П2.1. Вид корпуса и габариты диода Д310

Рис. П2.2. Вид корпуса и габариты диода КД223А

Рис. П2.3. Вид корпуса и габариты светодиода АЛ307А 63

2.2. Основные и предельно допустимые параметры транзисторов

Используемые обозначения для биполярных транзисторов:

– статический коэффициент передачи тока;

fгр – граничная частота коэффициента передачи тока; Iб max – максимально допустимый постоянный ток базы;

Iк max – максимально допустимый постоянный ток коллектора; Iкб0 – обратный ток коллектора;

Uкэ нас – напряжение насыщения коллектор-эмиттер;

U – максимально допустимое постоянное напряжение эмит- тер-база при токе коллектора, равном нулю;

U – максимально допустимое постоянное напряжение кол- лектор-база при токе эмиттера, равном нулю;

– максимально допустимое постоянное напряжение кол- лектор-эмиттер при конечном сопротивлении в цепи база-эмиттер;

Pк max – максимально допустимая рассеиваемая мощность коллектора;

Tmin / Tmax – диапазон рабочих температур (°C).

Цоколевка корпусов и габариты транзисторов КТ808ГМ и П213А представлены на рис. П2.4 и П2.5 соответственно (размеры даны в миллиметрах).

64

Используемые обозначения для полевых транзисторов:

Ic нач – начальный ток стока;

Ic max – максимально допустимый постоянный ток стока; Uотс – напряжение отсечки полевого транзистора (В); Uпор – пороговое напряжение полевого транзистора (В);

UЗИ max – максимально допустимое напряжение затвор-исток; UCИ max – максимально допустимое напряжение сток-исток;

S – крутизна передаточной характеристики полевого транзистора;

– сопротивление сток-исток в открытом состоянии транзи-

стора;

Iз ут – ток утечки затвора;

Iз пр max – максимальный ток затвора при прямом смещении (мА);

Pmax – максимально допустимая рассеиваемая мощность транзистора;

Tmin / Tmax – диапазон рабочих температур (°C).

Цоколевка корпусов и габариты транзисторов КП302ГМ и IRFD014 представлены на рис. П2.6 и П2.7 соответственно (размеры даны в миллиметрах).

65

Рис. П2.4. Вид корпуса и габариты транзистора КТ808ГМ

Рис. П2.5. Вид корпуса и габариты транзистора П213А

Рис. П2.6. Вид корпуса и габариты транзистора КП302ГМ

Рис. П2.7. Вид корпуса и габариты транзистора IRFD014 66

Приложение 3

КЛЮЧЕВЫЕ ВОПРОСЫ И ЗАДАЧИ ДЛЯ ВХОДНОГО КОНТРОЛЯ ОСТАТОЧНЫХ ЗНАНИЙ

3.0. Вековые загадки полупроводниковой электроники

XIX век (Эти три вопроса заимствованы из книги: Щука А.А. Электрони-

ка. – М., 2005)

–Почему сопротивление полупроводника падает с ростом температуры?

–Почему сопротивление полупроводника уменьшается при его освещении?

–Почему сопротивление контакта металла с проводником зависит от полярности прикладываемого напряжения?

ХХ век

–Что такое полупроводник по определению? В чем состоит основная суть его свойств? Поясните, как исторически развивалось понятие

ополупроводниках.

–Почему контактную разность потенциалов в p–n-переходе нельзя измерить вольтметром?

–Если принять, что цвет электромагнитного излучения определяется длиной его волны, то обоснуйте, каким цветом должны светить электроны?

XXI век

–Есть ли будущее у российской микроэлектроники?

3.1.Общие вопросы развития элементной базы полупроводниковой электроники

–Какова роль Шокли в создании транзистора? Как был изготовлен первый транзистор? Кто получил патент на первый транзистор? Сравните конструкцию и технологию первого транзистора и плоскостного транзистора Шокли.

67

Рис. П3.1. Топологические рисунки первых промышленных транзисторов

исхем

–Почему планарный транзистор на левом рис. П3.1 имел форму капли? Какой физический и конструктивный смысл имеют различные кольцевые области на рисунке? Из какого материала изготовлены кольца белого цвета? Сделайте разрез рисунка в глубину. Можно ли

этот транзистор отнести к классу меза-транзисторов?

–Какие главные технологические изобретения и открытия легли в основу планарной технологии? Кто их автор?

–Кто и когда сделал самую первую интегральную схему? Кто получил первый патент на ИМС? Кто предложил первую промышленную технологию? Поясните особенности технологии изготовления инте-

гральных схем, предложенной Килби, и чем она отличалась от технологии Нойса? Какие транзисторы и какие способы их изоляции использовались в этих случаях? Как соединялись электрические элементы в схему?

– Когда в СССР была выпущена первая промышленная ИМС? Для чего она была предназначена? Какая элементная база в ней использовалась?

– На примере создания алюминиевой шины между двумя готовыми вскрытыми контактами поясните суть планарной технологии, последовательно перечислив все технологические операции, необходимые для этого.

– Дайте пояснения о сути ИМС, изображенной на среднем рис. П.3.1. Сколько и какие транзисторы в ней использовались? Можете ли вы восстановить функциональную схему, установив всю использованную элементную базу.

– Группа Шокли в компании Bell lab вела работы по разработке твердотельного усилителя на основе идеи полевого транзистора, предложенной Лилиенфельдом. Как вы думаете, почему у них ничего не получилось?

68

– Кто и когда получил первый патент на МОП-транзистор? Когда такой транзистор был реально изготовлен? В чем причина такого большого временного разрыва? Какого типа он был (n-канальный или р-канальный) и почему?

– Дайте пояснения по правому рис. П3.1: где у n-МОПТ области истока, стока и затвора?

– Почему для ИМС, изготовленных по биполярной технологии, используются пластины с ориентацией (111), а для МОП-технологии используют пластины с ориентацией (100)?

– Поясните, чем современная технология изготовления транзисторов отличается от планарной? Опишите конструкцию FinFET транзистора. Почему компании Intel и AMD используют для этой конструкции различные подложки?

– Почему коэффициент масштабирования (уменьшения геометрических размеров) современных МОПТ, используемый компанией Intel, равен 0,7?

– Можете ли вы предсказать в соответствии с законом Мура, когда процесс масштабирования КМОП-структур достигнет допустимых физических пределов и какая элементная база возможно будет использована взамен этих структур?

3.2. Уравнения Шредингера и Пуассона

– Поясните, в каких физических системах единиц записаны уравнения

E ( ) 4 ,

divE div(grad ) 0

икаким образом между ними можно совершить корректный переход?

–На основе уравнения Пуассона сформулируйте математическую модель в форме двухточечной краевой задачи, описывающей распределение электрического потенциала и напряженности поля от поверхности полупроводникового образца в глубину. Найдите аналитическое решение этой задачи и поясните физическую суть понятия «длина Дебая». Что поменяется в решении, если вместо полупроводникового ма-

териала использовать идеальный изолятор?

69

- Опишите краевые задачи для уравнения Шредингера в случае, когда электрон «налетает» на треугольный барьер. Рассмотрите три пространственные области: перед барьером, внутри барьера, за барьером. Какой вид в этих областях будут иметь волновые функции электрона?

Рис. П3.2. Электрон в потенциальном ящике

-Может ли решение уравнения Шредингера зависеть от выбора системы координат? Для простейшей физической ситуации – электрон в глубокой потенциальной яме – рассмотрите два случая: а) начало системы координат расположено на левой стенке ямы; б) начало системы координат расположено ровно посередине ямы. Найдите первые четыре волновые функции для этих двух случаев и постройте их графики. Объясните результат. Какой случай показан на рис. П3.2?

3.3.Зонная диаграмма полупроводника

-Поясните, чем энергетическая зонная диаграмма отличается от потенциальной? Чем понятие зонной диаграммы отличается от понятия зонной структуры?

-Пусть в некотором полупроводнике зонная диаграмма вдоль одной из пространственных координат X изменяется в соответствии с рис. П.3.3.

Поясните, как при этом определить направление электрического поля?

-Покажите, что в состоянии равновесия уровень Ферми постоянен вдоль любой одномерной полупроводниковой структуры.

70