Первый билет

• Название: Первый билет
• Дата: 14.02.2023
• Размер: 2.86 Mb.
• Имя файла: Elektronika_shpora.docx
• Тип: Документы; #937160
• страница: 16 из 16

Пятнадцатый билет

15. Влияние выбора типа полупроводника, размеров, концентрации примесей и температуры на свойства диодов.

В собственных полупроводниках концентрации свободных электронов и дырок равны (собственная концентрация ni ). Однако для электронных элементов и интегральных схем необходимы полупроводники с преобладанием свободных электронов (n – тип) и с преобладанием дырок (р– тип). Их называют также полупроводниками с электронной и дырочной проводимостью.
Чтобы получить примесный полупроводник n – типа, в него при изготовлении кристалла добавляют донорную примесь. Атомы такой примеси имеют большую, чем сам полупроводник, валентность.

Например, в кремний (числовалентных электронов на внешней электронной оболочке равно 4) может быть добавлен фосфор (валентность 5). Это означает, что в полупроводнике появятся избыточные электроны, не участвующие в образовании связей между атомами. Такие электроны легко становятся свободными, достигается преобладание свободных электронов. Преобладающие по количеству носители называются основными. Неосновных носителей обычно на сколько порядков меньше. По сравнению с ним примесный полупроводник обладает большим достоинством – наличием обширного участка с практически неизменной концентрацией и проводимостью в большом диапазоне температур. Выбирая концентрацию донорной примеси N д при изготовлении можно получать желательные и стабильные параметры полупроводника в необходимом диапазоне температур. При этом обеспечивается соотношение:
n = N д + n i ≈ N д = const
Аналогичные изменения происходят при добавлении акцепторной примеси для изготовления полупроводника р – типа. Такая примесь, например бор с валентностью 3, имеет меньшую, чем кремний, валентность, что приводит к дефициту валентных электронов. Достигается преобладание дырок. Эти уровни легко заполняются валентными электронами, для чего требуется небольшая дополнительная энергия активации W акт . Температурная зависимость концентрации дырок такая же, как и у полупроводника n – типа. Появление акцепторных атомов приводит к появлению разрешённых уровней в запрещённой зоне вблизи потолка валентной зоны, Электропроводность собственного полупроводника быстро(экспоненциально) растёт с увеличением температуры, так как при этомусиливается термогенерация электронно-дырочных пар и растёт их концентрация.

30. Основные принципы современной электроники. Закон Мура. Основные принципы современной электроники

Основополагающими принципами, обеспечивающими высокие функциональные возможности и общедоступность изделий электроники, являются принцип интеграции и принцип группового изготовления. Принцип интеграции заключается в объединении на кристалле ИС возможно большего количества элементов и необходимых соединений между ними. Увеличение степени интеграции, т.е. количества элементов в ИС обеспечивает максимальную защиту элементов и соединений между ними и тем самым максимальную надёжность. Сегодня (2018 г.) ИС содержат уже миллиарды элементов. Такие ИС называют сверхбольшими, СБИС. При этом имеется ввиду степень интеграции, а не размеры, которые составляют без корпуса не более 1 - 2 см 2 . Площадь кристалла ИС не может быть значительно увеличена из-за увеличения вероятности проявления его дефектов. Изготовление больших бездефектных кристаллов кремния оказалось невозможным, поэтому увеличение степени интеграции возможно только за счёт уменьшения размеров элементов. Сегодня размеры основного типа элементов СБИС–транзисторов не превышают нескольких десятков нм^2 .
Темп роста степени интеграции уже несколько десятков лет определяется законом Мура, согласно которому количество элементов ИС возрастает на порядок примерно каждые пять лет (по другой трактовке – удваивается примерно за полтора года). На рис. 2 эта зависимость приближённо отображена графически в виде прямой при логарифмическом масштабе предельного количества транзисторов ИС.




Если такой темп роста сохранится, уже через несколько лет размеры nтранзисторов приблизятся к размерам атома, что сделает изготовление транзисторов невозможным. Это означает неизбежность перехода к совершенно другой элементной базе на основе нанотехнологий.
Принцип группового изготовления заключается в таком построении процесса изготовления ИС, при котором на каждом этапе изготовления обрабатываются одновременно десятки и даже сотни тысяч будущих ИС. Это обеспечивает высочайшую производительность труда и, следовательно, низкую себестоимость. Следует заметить, что снижение себестоимости ИС возможно только при их массовом выпуске. Эту зависимость, иногда называемую «законом кремниевой долины», отражает рис. 3.



Технология изготовления ИС на основе принципа группового изготовления хорошо согласуется с потребностями рынка. Они исчисляются десятками миллионов штук (например, ИС запоминающих устройств и процессоров цифровых электронных устройств).

45. Логические элементы НЕ, И, ИЛИ, принципы их построения.

Логический элемент — элемент, осуществляющий определенные логические зависимость между входными и выходными сигналами. Логические элементы обычно используются для построения логических схем вычислительных машин, дискретных схем автоматического контроля и управления. Для всех видов логических элементов, независимо от их физической природы, характерны дискретные значения входных и выходных сигналов.
Логический элемент «И» - конъюнкция, логическое умножение, AND

«И» - логический элемент, выполняющий над входными данными операцию конъюнкции или логического умножения. Данный элемент может иметь от 2 до 8 (наиболее распространены в производстве элементы

«И» с 2, 3, 4 и 8 входами) входов и один выход.

Условные обозначения логических элементов «И» с разным количеством входов приведены на рисунке. В тексте логический элемент «И» с тем или иным числом входов обозначается как «2И», «4И» и т. д. - элемент

«И» с двумя входами, с четырьмя входами и т. д.



Таблица истинности для элемента 2И показывает, что на выходе элемента будет логическая единица лишь в том случае, если логические единицы будут одновременно на первом входе И на втором входе. В остальных трех возможных случаях на выходе будет ноль.

На западных схемах значок элемента «И» имеет прямую черту на входе и закругление на выходе. На отечественных схемах — прямоугольник с символом «&».
Логический элемент «ИЛИ» - дизъюнкция, логическое сложение, OR

«ИЛИ» - логический элемент, выполняющий над входными данными операцию дизъюнкции или логического сложения. Он так же как и элемент «И» выпускается с двумя, тремя, четырьмя и т. д. входами и с одним выходом. Условные обозначения логических элементов «ИЛИ» с различным количеством входов показаны на рисунке. Обозначаются данные элементы так: 2ИЛИ, 3ИЛИ, 4ИЛИ и т. д.



Таблица истинности для элемента «2ИЛИ» показывает, что для появления на выходе логической единицы, достаточно чтобы логическая единица была на первом входе ИЛИ на втором входе. Если логические единицы будут сразу на двух входах, на выходе также будет единица.

На западных схемах значок элемента «ИЛИ» имеет закругление на входе и закругление с заострением на выходе. На отечественных схемах — прямоугольник с символом «1».
Логический элемент «НЕ» - отрицание, инвертор, NOT

«НЕ» - логический элемент, выполняющий над входными данными операцию логического отрицания. Данный элемент, имеющий один выход и только один вход, называют еще инвертором, поскольку он на самом деле инвертирует (обращает) входной сигнал. На рисунке приведено условное обозначение логического элемента «НЕ».



Таблица истинности для инвертора показывает, что высокий потенциал на входе даёт низкий потенциал на выходе и наоборот.

На западных схемах значок элемента «НЕ» имеет форму треугольника с кружочком на выходе. На отечественных схемах — прямоугольник с символом «1», с кружком на выходе.