Шала өткізгішті диод және транзистор. Микроэлектроника туралы түсінік

Пән: Электротехника
Жұмыс түрі: Реферат
Тегін: Антиплагиат
Көлемі: 6 бет
Таңдаулыға:

Қазақстан Республикасы білім және ғылым министрлігі Шәкәрім атындағы Семей мемлекеттік университеті

Физика- математика факультеті

Физика кафедрасы

СӨЖ

Тақырыбы: Шала өткізгішті диод және транзистор. Микроэлектроника туралы түсінік.

Орындаған: Мәдениет Құралбек.

Тобы: Т-423 .

Тексерген: Рахимбердина А. Т.

Семей 2015

Жоспары:

Жартылай өткiзгiштер

Жартылай өткiзгiштi диод.

Транзистор
Жартылай өткiзгiштi приборлардың қолданылуы

III. Микроэлектроника ұғымы.

Пайдаланылған әдебиеттер тізімі.

Жартылай өткізгіштер

Жартылай өткiзгiштер деп кедергiсi кең көлемде өзгере алатын және температурасы жоғарылаған сайын кедергiсi тез азаятын заттарды айтады.

Таза (қоспасыз) жартылай өткiзгiш кристалындағы еркiн электрондардың және кемтiктердiң қозғалысынан болатын өткiзгiштiктi жартылай өткiзгiштердiң меншiктi өткiзгiштiгi дейдi.

Таза жартылай өткiзгiштiң электрөткiзгiштiгi тек қана кристалдағы коваленттiк байланыстар узiлген жағдайда ғана мүмкiн болады. Мысалы, қыздыру коваленттiк байланыстардың үзiлуiне келтiредi, сондықтан еркiн электрондар пайда болып, таза жартылай өткiзгiштiң меншiктi электрондық өткiзгiштiгi ( n-типтi өткiзгiштiгi ) болады.

Электрон кеткен жерде артық оң заряд пайда болады да, оң кемтiк құрылады.

Сыртқы электр өрiсiнде электрондар электр өрiсiнiң кернеулiгiнiң бағытына қарама қарсы жаққа ығысады. Оң кемтiктер электр өрiсiнiң кернеулiгiнiң бағытына қарай орын ауыстырады, яғни электр өрiсiнiң әсерiнен оң зарядтың қозғалатын жағына қарай орын ауыстырады. Кемтiктердiң реттi орын ауыстыруанан болатын таза жартылай өткiзгiштiң электрөткiзгiштiгiң меншiктi кемтiктiк өткiзгiштiгi ( p-типтi өткiзгiштiгi ) дейдi.

Жартылай өткiзгiштердiң кристалдық торларына қоспаларды (қоспалық центрлерiн) еңгiзуiнен болатын электрөткiзгiштi қоспалық өткiзгiштiк дейдi.

7. 4-сурет

Қоспалар жартылай өткiзгiштер кристалдарына электрондарды қосымшажабдықтаушы болуы мүмкiн. Мысалы, жартылай өткiзгiштiң торындагерманийдiң төрт валенттiк электроны бар бiр атомы бес валенттiк электроны барқоспаның (мышьяк, сүрме) атомымен ауыстырылсын. Қоспалық атомның төртэлектроны көршi германий атомдарының электрондарымен жасауға қатысады, ал бесiншi электрон коваленттiк байланысжасауға қатыса алмайды. Ол “артық" болады, өз атомымен әлсiз байланыстаболады, сондықтан одан оңай бөлiнiп кетедi де, еркiн атом бола алады. (7. 4 сурет) . Электр өрiсiнiң әсерiнен жартылай өткiзгiштегi сондай электрондар реттелгенқозғалысқа келедi, ал жартылай өткiзгiште электрондық қоспалық өткiзгiш пайдаболады. Мұндай өткiзгiштiгi бар өткiзгiштер электрондық немесе n-типтiкжартылай өткiзгiштер дейдi.

7. 5-сурет

Жартылай өткiзгiштегi төрт валенттiк электроны бар бiр атом үш валенттiкэлектроны бар қоспа атомымен (индий, алшюминий) алмасқанда, торда барлықковаленттiк байланыстар құрылуы үшiн бiр электрон жетiспейдi (7. 5 сурет) . Бiрақ, қоспалы атом тордағы ең жақын негiзгi атомның электронын алған жағдайда, олбарлық байланыстарды құра алады. Онда негiзгi атомнан кеткен электронныңорнында оң кемтiк пайда болады, осы кемтiкке тордағы келесi көршiлес атомныңэлектроны ырғып түсуi мумкiн және т. с. . Электрондардың оң кемтiктердi бiр iздiтолтыруы жартылай өткiзгiштегi кемтiктердiң қозғалысына және онда токтасымалдаушылардың пайда болуына тендес. Электр тогының әсерiнен кемтiкөрiс кернеулiгiмен бағыттас орын ауыстырады да, жартылай өткiзгiште кемтiктiк қоспалық өткiзгiштiк пайда болады. Осындай өткiзгiштiгi баржартылай өткiзгiштедi қоспалық кемтiктiк немесе p-типтiк жартылайөткiзгiштер дейдi.

Монокристалдық өткiзгiштiң кемтiктiк өткiзгiштен электрондық өткiзгiшкеауысатын ауданың электронды кемтiктiк ауысу ( p - n ауысу ) дейдi. Жартылайөткiзгiштер кристалына сәйкес қоспаларды еңгiзуiнен әртүрлi ( p - және n- пайдаболатын аймақтарда p-n ауысуы болады.

Әртүрлi типтi өткiзгiштiгi бар екi жартылай өткiзiштердiң түйiсу шекарасынанөтетiн ток тасышулардың өзара диффузиясы осы түйiсуi арқылы болады. n- жартылай өткiзгiштегi электрондар кемтiктiк p- жартылай . Сөйтiп, электрондар түйiсу шекара жанындағы n- жартылайөткiзгiш көлемiнен кетедi, бұл көлемде электрондар азаяды, онда шекара манындаоң зарядтар артық болады. Тап солай p- жартылай өткiзгiштегi шекара манында p- жартылай өткiзгiште терiс зарядтарының артықболуына себеп болады. Нәтижесiнде электронды кемтiктiк ауысу шекарасындажуандығы l болатын электрлiк жапқыш қабат пайда болады.

7. 6-сурет

Электронды кемтiктiк ауысуда өткiзгiштiк бiржақты болады. Сондықтан, бiр p-n -аусуы бар жартылай өткiзгiштi жартылай өткiзгiштi диод дейдi. Жартылайөткiзгiштi диод көбiнесе кремний кристалдарынан жасалады, оларда сәйкесқоспалар арқылы өзара түйiсушi электронды және кемтiктi өткiзгiштерi бараймақтар пайда болады. Егер, мысалы, электронды өткiзгiштiгi бар кремнийпластинкасына индий тамшысын балқытса, онда индий атомдары еңгенкремнийдiң беттiк қабаты кемтiктiк өткiзгiштiк болады. Сонда кремнийдiңэлектронды және кемтiктiк өткiзгiштiгi бар аймақтар арасында p-n аусуы пайдаболады.

7. 7-сурет

7. 7-суретте жартылай өткiзгiштi диодтан өтетiн токтың күшiнiң кернеугетәуелдiлiгi, яғни оның вольт-амперлiк сипаттамасы көрсетiлген. Вольт-амперлiксипаттаманың оң тарамы токты диодтан өткiзетiн бағытына сәйкес келедi (егеркернеу өссе ток күшi кенет ұлғаяды), ал сол тарамы жабылу бағытына сәйкескеледi.

Транзистор деп екi p-n -аусуы және электр тiзбекке қосылатын үш ұштары баржартылай өткiзгiштi приборды атайды. p- типтi өткiзгiштiгi бар екi аймақтыңарасында база деп аталатын n- типтi өткiзгiштiгi бар қабат құрады. (7. 8 сурет)

7. 8-сурет

Базамен бөлiнген аймақтардың бiреуi эмиттер деп, ал екiншiсi- коллектор депаталады. Екi p-n -ауысуын екi ток көзi жалғастырады.

Жартылай өткiзгiштi приборлардың қолданылуы. Жартылай өткiзгiштiприборларды радиотехника, автоматика және ғылым мен техниканың басқасалаларында кеңiнен қолданылады.

Жердiң жасанды серiктерiнде жартылай өткiзгiштi күн сәулелi , ондағы электр тогы Күн сәулесi энергиясынан болады. Күнсәулелi батареялардың энергиясын үйлердi жылытуға пайдалану үшiн олардыүйлердiң төбесiне қондыру проектердi көп елдерде зерттеп дамытуда. p-n аусуыбар жартылай өткiзгiштер күн сәулелi батареялардың маңызды бөлiгi болады, онда сәуле энергиясынан ЭҚҚ пайда болады.

Микроэлектроника - микроминиатюралы электрондық функционалды тораптар мен блоктар жасау мәселесімен айналысатын электроника ғылымының саласы. Оның шығуына электрондық аппаратуралар құрылысының күрделенуі, аумағының үлкеюі және жұмыс сенімділігіне қойылатын талаптың артуы себепші болды. Жеке аппаратураларда бірнеше кейде ондаған мың электрондық лампы, транзистор, резистор, трансформаторлар қолдану олардың аумағын үлкейтті әрі оларды құрастыру (дәнекерлеп не пісіріп) көп еңбекті қажет етті. Ғылыми ізденістердің нәтижесінде электрондық аппаратуралар жасауға конструкциялық - техникалық жаңа тәсілдер (баспалық монтаж, модуль және микромодуль, интегралдық схемалар т. б. ) табылып іске асырылды.
Қатты дене физикасы мен жартылай өткізгіштер электроникасы саласындағы жетістіктерді пайдалану нәтижесінде микроэлектроника жаңа конструкциялы, бір- бірімен технологиялық және электрлік байланыста болатын электрондық құрылғылар (функционалды схемалар мен тораптар) жасау мәселесін шешті. Мұнда микроминиатюралы элементтер тобы мен оларды бір-бірімен электрлік жолмен жалғастыру белгілі бір технологиялық процесс бойынша орындалып, ортақ функционалды торап жасалды. Осы тәсілмен жартылай өткізгіш материалдан жасалған дайындамаға біртектіэлектрондық функционалды тораптардың бір тобын орналастыру мүмкін болды. Мұндағы әрбір функционалды торап жеке элементтер жиынтығынан емес керісінше пластина бетін бірқатар интегралдық өңдеулерден өткізу нәтижесінде пайда болды. Осы микроминиатюралы торап интегралдық микросхема немесе интегралдық схема (ИС) деп аталады. Осыан байланысты М-дағы элемент ұғымы да өзгерген. Элемент рөлін интегралдық схема атқарады.
Жасау технологиясымен онда пайдаланылған физикалық принциптер негізінде микроэлектроника интегралдық, вакуумдық микроэлектроника және функционалдық электроника деген салаларға ажыратылады. Интегралдық электрониканың шығуына байланысты микроминиатюралы радиоэлектрондық және интегралдық схемаларға негізделген аппаратуралар жасау ісі дами бастады. Жартылай өткізгішті интегралдық схема жасау үшін планарлы-эпитаксиалды деп аталатын технологиялық процесс қолданылады. Бұл тәсіл жартылай өткізгіш пластинаны механикалық және химиялық өңдеуден өткізу; пластина бетіне қажетті электрлік - физикалық қасиеттері бар қабат жасау; фотолитография; легирлеу; пластина бетіне металл электродтар, жалғастыру тізбектерін, контактілік жолақтар жасау секілді жұмыстар тізбегінен құралады. Осы аталған технологиялық процестердің ең жауаптысы - фотолитография. Ол жартылай өткізгіш пластинаның жеке учаскелерін талғап өңдеуге мүмкіндік береді. Жасалатын дайындаманың негізі ретінде p-типтес жартылай өткізгіш- кремний пластина алынады. Оның бетіне кремнийдің n-типтес эпитаксиалды қабаты, ал бұның үстіне кремний қос тотығы жалатылады. Тотықтанған кремний пластинасының бетіне жарық сезгіш лак- фоторезист жағылады. Кепкен соң фоторезисттің үстіне фотошаблон беттестіріліп, ультракүлгін сәулемен сәулелендіріледі. Оның жарықталған учаскелері полимерленеді. Фотошаблон алынып, оның полимерленген учаскесі шайылып тасталады. Қышқылмен өңделген кезде кремнийдің сәуледен көлеңкеленбеген учаскесі мүжіліп желінеді. Осыдан кейін оның полимерленген учаскесі арнаулы қышқыл арқылы фоторезисттен тазартылады. Осы өңдеулер кезінде ешқандай өзгеріске ұшырамаған кремний тотығының жұқа қабыршық қабаты перде ретінде пайдаланылады да диффузиялық құбылыс негізінде n-типтес кремнийдің айналасы p-типтес кремниймен қапталады. Осыдан соң пластина жаңадан қосымша кремний қабаты түзіледі. Интегралдық схема дайындаудың пленкалық, гибридтік, бірнеше әдіс біріктірілген, көп кристалдық, вакуумдық түрлері бар.

... жалғасы

Сіз бұл жұмысты біздің қосымшамыз арқылы толығымен тегін көре аласыз.