1.Континуальные среды пп-ой функциональной электроники.
ФПЭ-направление функциональной электроники, в которой изуч взаимодействия динамич неоднородн в ПП континуальных средах с физич полями для преобразования и хранения.
Континуальные среды
Качественное отличие ПП от Me проявляется прежде всего зависимостью уд сопротивления от температуры.
Значение уд сопротивления ПП лежит в (10-6 – 10-9 )ОМ*м
Понятие собственной проводимости
Процесс исчезновения электр-дырочн проводимости, дырочн пары называется рекомбинацией.
Данный ПП собственный. И проводимость также называется собств проводимостью.
Если в Ме проводимость опр e, то в ПП определяется как электронами так и дырками.
Примесные ПП.
Данный ПП обладаеи дырочной примесью.
ПП n-типа обл электронной полупроводисостью.
Акцепторный ПП
np>nn
ПП- n-типа – концентр дырок больше электронов
Дырочная проводимость
Основными носителями явл p-дырки, основные носители явл p-дырки, основные носители n-типа – электроны. К ПП относятся ряд прост в-в
1,2,3,4,6,7 гр табл Менделеева, а так же соедин разл в-ва.
A1B2 A1B3 A1B4 A1B5 A1B6 A2B3 A2B4 A4B6 A4B8
ПП можно классифицировать
1.По агрегатн сост (тв,жидк)
2.По структуре(кристалл, не кристалл)
3.По физич св-вам(магн, сегнетоэлектрики)
4.По химич сост(элемент, соединение)
5.По типу хим связи(ионные, металы, ковал, молекул)
2. Динамические неоднородности.
1)Зарядовые пакеты – Носители в ПП континуальных средах могут объединятся в группы, которые обр электр/дырочные зарядовые пакеты.
Величина заряд пакета определ физич параметрами конт среды и топологией структурой
S-площ Me электрода, C-ёмкость подзатворного диэлектр, Umax-макс напр на электроде.
Подаём на Me электрода положительное напряжение. Эл. Поле проникает в кремний через диэлектрик(SiO2) Отталк осн носители –дырки и в приповерхн слое под электродом, обр обеднённая от осн носителей область глубиной = 5 мкм. Под действ ЭМ излучения генер пара электрон-дырка, дырки отталкиваются от пары уходят вглубь а электроны скапливаются под Me электродом.
Для образования дырочных зарядов надо - использ ПП n –типа и под - p-типа
V=Vдр=j*E j-подвижность носителей заряда.
Движение при напряжен – дрейф, без напряжения – диффузия.
В силовых эл полях E=102-103 наблюдаются изменения подвижности носителей заряда, что приводит к отклонению от закона Ома.
Ток определяется величиной заряда, концентрацией I=qnjE
Домены Ганна образ в ПП ArGa,InP. Данные ПП имеют сложн структуру зоны проводимости(обладают 2 минимумами a и b) раздел энергетич зазором ΔE =0,36 эВ,эл в нижнем min b хар-ся высокой подвижностью, а в верхнем –низкой.
При отсутствии внешнего эл поля эл-ны находятся в ПП имеют высокую проводимость.
При увеличении ток возраст в соответствии с законом Ома. При достижении некоторого критического напряжения, когда напряжение эл поля станет достаточно большим эл-ны переходят из нижнем минимума в верхний минимум а, т.к. их подвижность небольшая – проводим ПП падает, нарушается закон Ома.
Из-за неоднородностей в контин сред проводимость сопр под днйств сильн эл поля повыш в данный момент не во всём проводнике, а лишь только в одном месте. Обл такого повыш сопр и более сильного поля –домен Ганна.
Волны пространств заряда
В ПП области отрицательного дифференциальной проводимости в сильных эл полях возникает возмущение электронной плотности, которое называют волнами простр заряда.
GaAs(E=3,5*103В/м).
3.Генерация, детектирование и управление зарядовыми пакетами на примере трехтактного ПЗС.
Приборы с зарядовой связью.
К ним относятся ПП приборы, в которых можно создать зарядовый пакет и перемещать данный зарядовый пакет вдоль поверхности от одного элемента к другому изменяя напряжение на этих электродах.
Устройство трёхфазного ПЗС предст собой цепочку МДП(МОП) конденс на общей ПП-подложке. На входе и выходе такой цепи м.б. как ПП-ые диоды, так ПП-ые транзисторы.
Основное достоинство – простота ус-ва.
Для ПЗС хар-но 2 режима работы 1)хранение инф в виде зарядов в одном или нескольк МДП конденсаторе Q=S*C др*U
2)перенос заряда от одного конденсатора к другому по цепочке
Генерация зарядов пакетов может осущ 2 способами:
1)Метод инжекции зарядов через прямой p-n переход.
Инжекция- вбрасыв неосновн носителей заряда через прямой p-n переход
На вход подносится + напряжение. Обл n+ - обл ист электронов который при прямом вкл диода попадает в ПП p-типа.
U=>2-3В необходимо для создания в приповерхностном слое ПП p-типа обеднённой осн носителями области.
При U0>=Uвх под электронами образ потенциал яма, только на 1 фазе.
2)Оптическим путём
Под действием света ПП поверхности на осн внутр фотопр происх образов эл-дырочн пар
При подаче положит напряж дырки уходят вглубь, электроны собир под Me электродом
Величина заряда определяется количеством поглощ фотонов
Управл Зарядовыми пакетами
1) U1>U0
2)u2=U1>U0 u3=u0
3)u2>u1>u0 u3=u0
4)u2>u0 u1=u3=u0
Детектиров зарядов пакета осуществ обратн смещением pn перехода диода
Входн ус-во – диод, выходн- ПП диод. В процессе переноса исп каналы.
1)Поверхностный канал у границы диэл ПП
Достоинства – высок зарядов ёмкость т простота техн. Недост: невысок быстродействие и большие шумы.
2)Объёмный канал на глубине 0.2 мкм мелкий, на глубине 0.5 мкм – глубокий
Более высок быстродействие
Небольш зарядов ёмкость и усложн технологии
3) Перестальтический канал
Состоит из неглуб канала с высокой степенью легирования и наход под ним глубокого канала.
С небольшой степенью легирования
Оптимальное сочетание быстроты зарядовой ёмкости
Усл технологического производства
4)многоканальная структура
Содержит много каналов переноса позволяют переносить заряды с противоположным знаком
Расширение функциональной возможности
Усложненная конструкции приборов
Все приборы с зарядовой связью можно разделить на 3 группы
1)аналоговые(фильтры,ЛЗ).
2)цифровые(запоминающие устройства).
3)фоточувств(линейные, матричные).
Основные параметры
1)амплитудное упр напр
2)предельная тактовая частота
3)потребляемая мощность
4)фоточувств для фоточувст ПЗС
5)Эффективность переноса заряда
4.Цифровые и аналоговые устройства.