Учебно-методический комплекс информация о дисциплине




НазваниеУчебно-методический комплекс информация о дисциплине
страница3/9
Дата публикации28.02.2013
Размер0.85 Mb.
ТипУчебно-методический комплекс
shkolnie.ru > Журналистика > Учебно-методический комплекс
1   2   3   4   5   6   7   8   9

2.2.2. Тематический план дисциплины

для студентов заочной формы обучения


№ п/п

Наименование

раздела,

(отдельной темы)

Кол-во часов по очной форме обучения
^

Виды занятий и контроля


лекции


ЛР

Самостоятель­ная работа

Тесты

Контрольные работы

ЛР *

аудит.

ДОТ

аудит.


ДОТ

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

ВСЕГО

70

4

18

4

16

28

3

1

4




Введение

1













1










1.

Раздел 1. Конструкторско-технологические основы микроэлектроники

23

1

9

2

6

5

№1







1.1

Основные направ-ления и факторы, определяющие развитие интеграль-ной и функциональ-ной электроники

5




3







2










1.2

Полупроводниковые интегральные микросхемы

10




4




4

2







№1

1.3

Гибридные интегральные микросхемы

8

1

2

2

2

1




№1

№2

2

Раздел 2. Основы интегральной электроники

26

2

5

1

5

13

№2







2.1

Цифровые интегральные микросхемы

10

1

2







7










2.2

Запоминающие логические элементы

8

1

1







6










2.3

Аналоговые интегральные микросхемы

8




2

1

5










№ 3

3

Раздел 3. Основы функциональной электроники

19

1

3

1

5

9

№3




№ 4




Заключение

1




1



















* Выполняются работы по указанию преподавателя

^ 2.4. Временной график изучения дисциплины при использовании информационно-коммуникационных технологий







^ Название раздела (темы)

Продолжительность

изучения раздела

(из расчета – 4 часа в день)

1

Введение. Раздел 1. Конструкторско-технологические основы микроэлектроники

6 дн.

2

Раздел 2. Основы интегральной электроники


6,5 дн.

3

Раздел 3. Основы функциональной электроники. Заключение.


5 дн.




ИТОГО

17,5 дн.




В том числе контрольная работа

2 дн.



^ 2.5. Практический блок

2.5.1. Практические занятия

Практические занятия не предусмотрены.

2.5.2. Лабораторный практикум

2.5.2.1. Лабораторные работы (очно-заочная форма обучения)


Номер и название раздела (темы)
^
Н
Ауд. ДОТ
аименование лабораторной работы
Кол-во часов

1.2.Полупроводниковые интегральные микросхемы

1.3.Гибридные интегральные микросхемы

№1.Исследование характеристик полупроводниковых интегральных микросхем.

№2.Исследование характеристик и конструкции элементов гибридных интегральных микросхем


2 2


2 2

2.3. Аналоговые интегральные микросхемы

№3. Исследование работы интегрального биполярного транзистора в микрорежиме



2 4

Раздел 3. Основы функциональной электроники


№4. Исследование работы оптоэлектронных элементов


2 2

Итого




8 10



2.5.2.2. Лабораторные работы (заочная форма обучения)


Номер и название раздела (темы)
^
Н
Ауд. ДОТ
аименование лабораторной работы
Кол-во часов

1.2.Полупроводниковые интегральные микросхемы

1.3.Гибридные интегральные микросхемы

№1.Исследование характеристик полупроводниковых интегральных микросхем.

№2.Исследование характеристик и конструкции элементов гибридных интегральных микросхем


1 2


1 2

2.3. Аналоговые интегральные микросхемы

№3. Исследование работы интегрального биполярного транзистора в микрорежиме



1 4

Раздел 3. Основы функциональной электроники


№4. Исследование работы оптоэлектронных элементов


1 8

Итого




4 16



^ 2.6. Балльно-рейтинговая система оценки знаний

Изучение дисциплины «Электроника, ч.2» осуществляется в одном семестре и завершается сдачей экзамена. Дисциплина содержит три раздела, при изучении которых следует выполнить блок лабораторных работ и контрольную работу. После изучения каждой темы необходимо ответить на вопросы теста текущего (промежуточного) контроля. Для подготовки к контрольному тесту студентам предлагается пройти тренировочный тест. Номера соответствующих тренировочных и контрольных тестов указаны в тематических планах.

За каждый вид самостоятельных работ начисляется определенное число баллов:

- за выполненную и защищенную лабораторную работу – 4 балла;

- за каждый правильный ответ контрольного теста – 2 балла;

- выполненная и защищенная контрольная работа оценивается максимум в 24 балла. Оценка может быть снижена за неточности, допущенные в расчетах и небрежное графическое оформление.

При успешной работе с материалами дисциплины студент может получить максимум 100 баллов.

Оценка результатов обучения (ранжирование результатов) проводится в соответствии со следующей схемой:

Кол-во набранных баллов

50…60

61…80

81…100

Оценка

удовлетворительно

хорошо

отлично




  1. Информационные ресурсы дисциплины


^ 3.1. Библиографический список
Основной:

1. Коваленко, А.А. Основы микроэлектроники: учеб. пособие для студ. Высш. учеб. заведений / А.А.Коваленко, М.Д. Петропавловский. – М.: Издательский центр «Академия», 2006. – 240 с.

2. Ефимов, И.Е. Основы микроэлектроники: технологические: учеб. Для вузов/ И.Е. Ефимов, И.Я. Козырь. - М.: Лань, 2008.- 384 с.

3. Сорокин, В.С. Материалы и элементы электронной техники: учеб. Для вузов. В 2т./В.С. Сорокин, Б.Л. Антипов, Н.П. Лазарев. – М.: Академия, 2006.

4. Коледов, Л.А. Технология и конструкции микросхем, микропроцессоров и микросборок /Л.А. Коледов. – М.: Лань, 2008.- 400с.

Дополнительный:

5. Баканов, Г.Ф. Основы конструирования и технологии радиоэлектронных средств / Г.Ф. Баканов, С.С. Соколов, В.Ю. Суходольский. – М.: Академия, 2007. – 368 с.

6. Опадчий, Ю.Ф. и др. Аналоговая и цифровая электроника (Полный курс): учебник для вузов / Ю.Ф. Опадчий, О.П. Глудкин., А.И Гуров; под ред. О.П. Глудкина. - М.: Горячая линия - Телеком, 2000, 2002, 2003, 2005. – 768 с. - 768 с.

7. Новиков Ю.В. Основы цифровой схемотехники. Базовые элементы и схемы. Методы проектирования. (Современная схемотехника). - М.: Мир, 2001. - 379 с.

8. Прянишников, В.А. Электроника: курс лекций /В.А. Прянишников.-2-е изд., исп. И доп. – СПб.: Корона принт, 2000.- 416 с.
^ 3.2. Методические указания к выполнению лабораторных работ
Общие указания

Данные методические указания содержат описание и порядок выполнения лабораторных работ по дисциплине «Электроника, ч.2.»

Целью лабораторных работ дисциплины «Электроника,ч.2» является приобретение навыков измерения и исследования параметров изделий микроэлектроники, сопоставление и анализ экспериментальных и теоретических данных.

В лаборатории принят бригадный метод выполнения работ, причем в каждую группу должно входить не более трех человек. К выполнению работы студенты допускаются только после положительной оценки преподавателем их готовности.

О готовности к работе свидетельствуют знание содержания работы и основных теоретических сведений о вопросах, рассматриваемых в работе. В процессе выполнения работы каждый студент должен вести записи, которые затем необходимо оформить в виде отчета.

Отчеты должны быть составлены технически грамотно, аккуратно, с соблюдением соответствующих ГОСТов на обозначение величин и элементов схем. Каждый отчет должен заканчиваться самостоятельными выводами, поскольку студент должен творчески подходить к полученным экспериментальным данным, используя свои практические и теоретические знания.

Лабораторные работы должны быть оформлены в виде отчёта с указанием фамилии, инициалов и шифра студента.

Все схемы, включаемые в отчет, должны быть выполнены в соответствии с требованиями ЕСКД.

^ Организация безопасной работы студентов при выполнении лабораторных работ на кафедре технологии и дизайна РЭТ производится в соответствии с требованиями ГОСТ12.1.030-81 «Электробезопасность. Защитное заземление, зануление», а также правил устройства электроустановок.

Перед выполнением лабораторных работ все студенты проходят инструктаж по технике безопасности, о чем делается запись в соответствующем журнале, которая подтверждается собственноручными подписями студентов и лицом, проводившим инструктаж.

В процессе выполнения лабораторной работы при обнаружении неисправностей в лабораторном макете следует немедленно прекратить работу, отключить макет от сети и сообщить об этом преподавателю.

Закончив экспериментальные исследования, необходимо отключить напряжение питания макета и привести рабочее место в порядок.

Запрещается:

- находится в помещении в верхней одежде;

- оставлять без надзора включенный макет;

- выполнять работу в отсутствии преподавателя или дежурного лаборанта;

- класть сумки, одежду и другие вещи на столы и лабораторную технику.

Студенты, не соблюдающие правила техники безопасности, отстраняются от выполнения лабораторной работы.


^ ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №1
ИССЛЕДОВАНИЕ ХАРАКТЕРИСТИК ПОЛУПРОВОДНИКОВЫХ ИНТЕГРАЛЬНЫХ МИКРОСХЕМ


  1. Цель работы

Изучение конструкции, топологии и электрических пара­метров полупроводниковых интегральных микросхем (ПИМС), изготовленных на основе биполярных транзи­сторов.

  1. ^

    Основные теоретические положения


ПИМС называется схема, элементы которой выполнены в объеме и на поверхности полупроводникового кристалла. Для конструкции ПИМС широко используются подложки из кремния, поскольку они позволяют изготавливать элементы с высокими электрическими параметрами достаточно про­стыми технологическими методами. Конструкция ПИМС опре­деляется технологией ее изготовления. В настоящее время, подавляющее большинство ПИМС выполняется по планарной технологии. Основу этой технологии составляют процессы окисления кремниевых заготовок, литографические процессы на окисленном слое, процессы эпитаксиального наращивания моно- и поликристаллических пленок кремния, а также ло­кальная диффузия или ионная имплантация легирующих при­месей в полупроводниковую подложку.

На рис. 1 показана структура эпитаксиально-планарного транзистора ПИМС со скрытым n+ слоем.



Рис.1. Структура эпитаксиально-планарного транзистора ПИМС со скрытым n+ слоем

Интегральный биполярный транзистор является важней­шим элементом большинства ПИМС, так как определяет кон­струкцию, расположение и технологию изготовления его остальных элементов. В составе схемы, кроме транзисторов, могут быть диоды, резисторы, конденсаторы. В качестве дио­дов используются транзисторы в диодном включении, это эко­номически выгодно и технологически удобно. Резисторы ис­пользуются двух типов - в эмиттерном и базовом слоях. Как правило, диффузионный резистор создается одновременно с эмиттером или базой транзистора.

Сопротивление квадрата такого резистора составляет ве­личину порядка 200...300 Ом/□. (R.□=200... 300 Ом/□.). В современных ПИМС наиболее широко используются диффу­зионные резисторы в виде прямоугольной полоски и в форме гантели с квадратными концами, в которых сформированы выводы резистора. Конструкция выводов от резисторов пред­ставляет собой две низкоомные квадратные диффузионные области, сильно легированные примесью, но одного знака с диффузионным резистивным слоем, которые располагаются с обоих его концов.

Выполнение для выводов специальной дополнительной диффузии необходимо, чтобы получить омические невыпрям­ляющие контакты с коммутационными алюминиевыми про­водниками, напыляемыми вакуумным методом на поверхность полупроводникового кристалла.

Величина сопротивления рассматриваемых диффузионных резисторов вычисляется по формуле

R = R (l/b + 2K),

где R - сопротивление резистора, Ом; R - сопротивление квадрата резистивной области, Ом/□; l - длина диффузион­ной резистивной области (для прямоугольного резистора l - расстояние между диффузионными областями выводных кон­тактов; для резисторов в форме гантели l - расстояние между квадратными концами гантели); мм; b - ширина диффузион­ной резистивной области, определяющей номинал резистора; мм; К - коэффициент, учитывающий дополнительное сопро­тивление резистора, обусловленное конструкцией выводов (для прямоугольного резистора K = 0,07; для резистора в форме гантели K = 0,65).

Полупроводниковые конденсаторы в полупроводниковых схемах образуются р-n-переходами. Величина емкости та­кого конденсатора зависит от типа электропроводимости полу­проводникового материала, площади перехода, характера рас­пределения концентрации примеси, а также от полярности и величины смещения. Эти конденсаторы создаются одновре­менно с диффузионными областями транзистора.

Другим типом конденсаторов являются диффузионные МОП-конденсаторы, обладающие лучшими характеристиками. Они создаются непосредственно на полупроводниковой пла­стине с использованием в качестве диэлектрика слоя диоксида кремния. Электродами служат диффузионный слой или под­ложка с малым удельным сопротивлением и тонкая пленка алюминия.

К числу параметров, характеризующих компоновку ПИМС, в первую очередь, относится коэффициент заполнения рабочей поверхности полупроводниковой подложки Ks

, (1)

где ^ S - площадь рабочей поверхности подложки, мм2; Spi - площадь i-го диффузионного резистора, мм2; SТi - площадь i-го транзистора, мм2; SДi -площадь i-го диода, мм2; SкП - площадь, занимаемая выводной контактной площадкой, пред­назначенной для присоединения навесного проволочного вы­вода, мм2, Sкi - площадь занимаемая i-м конденсатором, мм2; п - число выводных контактных площадок; SП - пло­щадь i-го проводника, мм2; l, т, k, r, f -соответственно число резисторов, транзисторов, диодов, конденсаторов и про­водников.

Коэффициенты заполнения площади подложки диффузи­онными резисторами Ksp, транзисторами Ksr, конденсато­рами Ksк, диодами KsД и печатными проводниками и со­вместно с контактными площадками KsП определяются

; ; ; (2)

;

.

Плотность компоновки элементов на уровне кристалла

(3)

и на уровне корпуса

, (4)

где VП - объем полупроводникового кристалла (толщину кри­сталла следует принимать 0,25 мм), мм3; Vк - объем корпуса микросхемы (для корпуса 101 С1-14 величина Vк =127 мм3, для корпусов 401 МС8-1 и 401 МС12-1 Vк =325 мм3, для кор­пуса 301 ПЛ 14-1 Vк =450 мм3).
  1. ^
    Порядок выполнения работы


3.1. Изучить элементы конструкции исследуемой ПИМС и установить тип корпуса.

3.2. Определить геометрические размеры активных и пассив­ных элементов микросхемы, а также выводных контактных площадок.

3.3. Вычертить в масштабе 200: 1 на миллиметровой бумаге эскиз топологии микросхемы.

3.4. Произвести ориентировочный расчет номиналов рези­сторов.

3.5. Вычислить коэффициенты, согласно формулам (1) и (2).

3.6. Составить по эскизу топологии принципиальную элек­трическую схему, указать ее назначение и привести основные параметры.

Для выполнения работы используются микроскоп типа МБС-10 с набором объективов и набор ПИМС в корпусах со снятыми крышками.

  1. Содержание отчета


4.1. Описание конструкции исследуемой ПИМС с указанием типа корпуса.

4.2. Эскиз топологии микросхемы, вычерченной карандашом на миллиметровой бумаге в масштабе 200: 1.

4.3. Расчеты коэффициентов по формулам (1), (2),(3) и (4).

4.4. Рисунок принципиальной схемы с проставленными но­миналами резисторов и описанием основных параметров и назначения исследованной интегральной схемы.

4.5. Краткие выводы по работе
Литература: [1], с. 50 ... 54; 109 ... 113.
^ 5. Вопросы для подготовки к лабораторной работе


  1. Какая микросхема называется полупроводниковой?

  2. Чем определяется конструкция полупроводниковой интегральной схемы (ПИМС)?

  3. Какие процессы составляют основу планарной технологии?

  4. Какой элемент является важнейшим для ПИМС?

  5. Какую форму имеют диффузионные резисторы в ПИМС?

6.Какой элемент используется в ПИМС в качестве диода?

7. Как рассчитать сопротивление диффузионного резистора?

8. Что собой представляют конденсаторы ПИМС?

9. Какой параметр характеризует компоновку ПИМС?

10. Как рассчитать коэффициент заполнения полупроводниковой подложки –Ks?
^ ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №2
ИССЛЕДОВАНИЕ ХАРАКТЕРИСТИК И КОНСТРУКЦИИ ЭЛЕМЕНТОВ ГИБРИДНЫХ ИНТЕГРАЛЬНЫХ МИКРОСХЕМ
  1. Цель работы


Изучение конструкции, характеристик элементов и компо­новочных характеристик тонкопленочных гибридных ИМС (ГИМС).
  1. Основные теоретические положения


Основными элементами ГИМС являются: изоляционная подложка, на которую напыляются пассивные пленочные эле­менты (резисторы, конденсаторы, коммутационные соедине­ния и т. д.), навесные полупроводниковые кристаллы, выпол­няющие функции активных элементов (диоды, транзисторы, диодные сборки и т. д.), которые устанавливаются на под­ложке, и герметичный корпус, обеспечивающий защиту эле­ментов микросхемы от воздействия окружающей среды. Под­ложки, как правило, выполнены из стекла марок С48-1, С48-3 или ситалла марки СТ 50-1, так как указанные мате­риалы обладают высокими электрофизическими характери­стиками. Тонкопленочные элементы ГИМС изготавливаются путем вакуумного напыления через систему сменных трафаретов. Например, для получения пленочного резистора необходимо вначале через один трафарет напылить резистивный слой, за­тем через другой - металлический слой с высокой электро­проводностью, который является выводами резистора и одно­временно служит коммутационными соединениями в микро­схеме.

Отличительной особенностью современных технологиче­ских процессов изготовления интегральных микросхем явля­ются групповые методы производства, которые предусматри­вают выполнение за одну технологическую операцию однотипных элементов микросхемы. Поэтому на одну подложку ми­кросхемы напыляются одновременно все резисторы. По­скольку материал и толщины пленочных резисторов будут в этом случае одинаковы, то заданную величину сопротивле­ния каждого резистора обеспечивают разной конфигурацией отрезков резистивного слоя. В связи с этим, определив со­противление квадрата резистивной пленки и установив ее гео­метрические размеры, можно для прямоугольного резистора вычислить его номинал по следующим формулам:

R =Rn; R= ρ/h; n = l/b

где R - величина сопротивления резистора; Ом; R - сопро­тивление квадрата резистивной пленки, Ом/; п - число квадратов, составляющих резистивную пленку; l - длина ре­зистивной пленки между контактными площадками, мм; b - ширина резистивной пленки, мм; ρ - удельное сопротивление резистивного материала, Ом ·м; h - толщина резистивной пленки, мм.

Если резистор имеет форму меандра, то его номинал вы­числяется как сумма сопротивлений прямоугольных участ­ков и сопротивлений изгибов:

; Ri = R· n; Ri = 2,55 ·R□,

где Ri - сопротивление прямоугольного участка резистора, Ом; Rj -сопротивление участка загиба, равного по площади трем квадратам, Ом, m - число прямоугольных участков ре­зистора; k - число участков загибов.

Для изготовления тонкопленочных конденсаторов на под­ложку необходимо нанести три слоя: первый проводящий (нижние обкладки конденсатора), диэлектрический (диэлек­трик конденсатора) и второй проводящий (верхние обкладки конденсатора). Нижние обкладки, как правило, напыляются одновременно с контактами пленочных резисторов и коммута­ционными соединениями в микросхеме.

Таким образом, для изготовления микросхемы, содержащей тонкопленочные кон­денсаторы и сопротивления, достаточно последовательно на­нести на подложку через разные трафареты четыре пленки: резистивную, первую проводящую (нижние обкладки конден­саторов, контакты резисторов, коммутационные соединения), диэлектрическую и вторую проводящую (верхние обкладки конденсаторов).

Для защиты пленочных элементов от воздействия окру­жающей среды в процессе изготовления микросхемы часто напыляют дополнительный слой, представляющий собой пленку диэлектрика, которая покрывает все элементы микро­схемы за исключением контактных площадок, предназначен­ных для установки навесных микродеталей и присоединения выводов от корпуса микросхемы.

Аналогично резисторам материал и толщина слоев тонко­пленочных конденсаторов в одной микросхеме, как правило, одинаковы.

Поэтому отличие конденсаторов друг от друга по емкости обусловлено только размерами верхних обкладок

; ,

где ^ С - емкость конденсатора, пФ; Sв - площадь верхней обкладки, мм2; Со- удельная емкость конденсатора в микро­схеме, пФ/мм2; ε - диэлектрическая проницаемость пленки диэлектрика;

d - толщина пленки диэлектрика, мм.

Одной из важнейших характеристик ГИМС является ко­эффициент заполнения подложки по площади. Он определя­ется как отношение рабочей площади элементов к общей площади подложки:

(1)

где KS - коэффициент заполнения подложки по площади; SRi - площадь резистивного i-го элемента, мм2; SCi - пло­щадь емкостного i-го элемента, мм2; S - рабочая площадь подложки, мм2; SLi - площадь индуктивного i-го элемента; мм2; SAi - площадь поверхности, соприкасающейся с под­ложкой навесного i-гo активного элемента, мм2; N - число контактных площадок для присоединения выводов корпуса и навесных микроэлементов; Sк - площадь одной контактной площадки (представляет квадрат с размером стороны не ме­нее 500 мкм); мм2; f - число печатных проводников; SП - площадь i-го печатного проводника, мм2; n, m, k, l - соответ­ственно число пленочных резисторов, конденсаторов, индуктивностей и навесных элементов в микросхеме.

Вычислим частные коэффициенты заполнения площади подложки пленочными резисторами KsR, конденсаторами KsC, индуктивностями KsL, навесными активными элементами KsA, печатными проводниками и контактными площадками KsПк соответственно

; ; (2)

;.

Важными компоновочными параметрами являются количе­ство пленочных элементов, прихо­дящихся на единицу площади подложки

, (3)

и количество навесных активных элементов, приходящихся на единицу площади подложки

, (4)

  1. Порядок выполнения работы

3.1. Изучить конструкцию и топологию элементов ГИМС, которые исследуются.

3.2. Вычертить на миллиметровой бумаге эскиз общей топо­логии каждой рассматриваемой микросхемы (масштаб 20: 1).

3.3. С помощью эталонной сетки в окуляре микроскопа про­извести измерение геометрических размеров всех подложек, резисторов и конденсаторов.

3.4. На основании проведенных измерений, воспользовав­шись заданными величинами R и Со, вычислить номиналы резисторов и конденсаторов.

3.5. Определить тип ИМС и нарисовать ее принципиальную электрическую схему.

3.6. Вычислить коэффициенты по формулам (1),(2), (3), и (4).

3.7. Установить тип корпуса микросхемы, содержащей бес­корпусные полупроводниковые приборы.

Для выполнения работы используются микроскоп МСБ-10 и набор ГИМС в корпусах и со снятыми крышками корпуса.


  1. Содержание отчета

4.1. Описание конструкции и электрических параметров пле­ночных и навесных микроэлементов всех исследованных ГИМС.

4.2. Эскизы общей топологии системы пленок, нанесенных на каждую подложку в масштабе 20: 1.

4.3. Эскизы всех напыленных слоев (масштаб 20:1).

4.4. Расчет номиналов каждого резистора и каждого кон­денсатора.

4.5. Расчеты коэффициентов по формулам (1), (2), (3), (4).

4.6.Описание конструкции и указание типа рассматривае­мого защитного корпуса ГИМС.

4.7. Принципиальная электрическая схема ГИМС.

4.8. Эскиз защитного корпуса с подложкой микросхемы с обозначением номеров выводов, выполненной в масштабе 20: 1 (вид со стороны снятой крышки).

    1. Краткие выводы по работе

Литература: [1], с. 42 ... 50, 113 ... 117.
^ 5. Вопросы для подготовки к лабораторной работе

1.Какие элементы являются основными для гибридных интегральных схем (ГИМС)?

  1. Из каких материалов выполнены подложки ГИМС?

  2. Как изготавливаются тонкопленочные элементы ГИМС?

4.Что является отличительной особенностью современных технологических процессов изготовления ИМС?

5.Как вычисляется номинал прямоугольного резистора ГИМС?

6.Как вычисляется номинал резистора, имеющего форму меандра?

7.Как изготавливаются конденсаторы ГИМС?

8.Как защищают пленочные элементы от воздействия окружающей среды?

9.Чем обусловлено отличие по емкости конденсаторов ГИМС друг от друга?

10.Как вычислить коэффициент заполнения по площади для подложки ГИМС?
^ ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №3
ИССЛЕДОВАНИЕ РАБОТЫ ИНТЕГРАЛЬНОГО БИПОЛЯРНОГО ТРАНЗИСТОРА В МИКРОРЕЖИМЕ

  1. Цель работы

Изучение особенностей работы интегрального биполярного транзистора в микрорежиме в микросхеме 101КТ1 в режиме малых токов и определение его основных параметров.


  1. ^ Основные теоретические положения

В основе работы биполярных транзисторов (БТ) лежит инжекция неосновных носителей, которая сопровождается компенсацией их заряда основными носителями.

В обычных транзисторных схемах выходной (управляе­мой) величиной является либо коллекторный, либо эмиттерный ток, а входной (управляющей) - либо ток базы, либо ток эмиттера. Связь между выходными и входными токами характеризуется коэффициентами усиления.

Связь между коллекторными и эмиттерными токами можно записать

(1)

где α - коэффициент усиления эмиттерного тока. У инте­гральных транзисторов он обычно составляет 0,99 ... 0,995. Коэффициент усиления базового тока

(2)

или

(3)

Типичные значения В лежат в пределах 100... 150. Он тем больше, чем ближе коэффициент  к единице. С другой стороны,

 = (4)

где γ - коэффициент инжекции, характеризующий долю по­лезной электронной составляющей в общем токе эмиттера (для транзистора типа п-р-n); - коэффициент переноса, характеризующего роль инжектированных носителей, избе­жавших рекомбинации на пути к коллектору.

Коэффициенты γ и рассчитываются по следующим фор­мулам:

(5)

=1 – (W0/Lnб)2 ln NDэ(hэ)/ NDк] (6)

где Wб = hбhэ - ширина базовой области; см; hб - глу­бина залегания р-n-перехода база-коллектор, см; hэ - глу­бина залегания эмиттерного р-n-перехода, см (обычно hб = 1.. .3 мкм, hэ = 0,5.. .2,5 мкм);

(7)

где La - длина пробега акцепторов, см; NДк - концентрация донорной примеси у коллекторного перехода, см-3; NДэ - концентрация донорной примеси у эмиттерного перехода, см-3 (обычно NДэ (hэ) = (0,1... 1) 1018 см-3, NДк = (0,05... ... 1)1017 см-3);


19
(8)

где NДэ(0) - концентрация донорной примеси в эмиттерной области на поверхности, NДэ(0) = (0,2... 1) 1021 см-3; Lpэ, Dpэ - диффузионная длина и коэффициент диффузии дырок в эмиттере, см., см2/ с; Lпб, Dnб - диффузионная длина и ко­эффициент диффузии электронов в базе, см., см2/с. Данные величины меняются в пределах Lпб, Lpэ = 2...50 мкм; Dpэ = 12 ... 31см2/с; Dnб = 34... 35 см2/с.

Коэффициент инжекции γ тем ближе к 1, чем меньше ши­рина базы и чем больше разница между граничными концент­рациями примесей в эмиттерных и базовых слоях. Типичные значения γ = 0,08... 0,997. Коэффициент переноса  тем ближе к 1, чем больше диффузионная длина и чем меньше ширина базы. С увеличением диффузионной длины ухудшаются ча­стотные свойства транзисторов, поэтому главным направле­нием в развитии транзисторов является уменьшение ширины базы.

Важными параметрами являются максимальные обратные напряжения, которые рассчитываются следующим образом:

(9)

где Uкэ max - обратное напряжение на переходе коллектор-эмиттер, В; ψок - контактная разность потенциалов в коллек­торном р-n-переходе, В;

(10)



где φТ - температурный потенциал, В; φТ = 0,025 В; ni - концентрация носителей в собственном полупроводнике, см-3;

(11)

(12)

Инерционность БТ при быстрых изменениях входных то­ков обусловлена пролетом инжектированных носителей через базу tПр, а также перезарядом барьерных емкостей эмиттерного Сэб и коллекторного переходов Скб:

(13)

(14)
где ψоэ - контактная разность потенциалов в эмиттере, В; ^ Sэ - площадь эмиттера, см2; Sэ=LэZэ; Lэ - ширина полоски металлизации, мкм, Lэ = 6...10 мкм; Za - длина полоски ме­таллизации, мкм, Zэ =10... 15 мкм.

(15)

где Sб - площадь базы, см2; Lб - ширина полоски металли­зации, мкм, Lб = 7...12 мкм; Zб - длина полоски металлиза­ции, мкм, Zб = 12...20 мкм; q - заряд носителей, К, q = 1,6 10-19 К;

εП - относительная диэлектрическая проницае­мость полупроводника εП = 11,7...12; εо - постоянная ваку­ума,

εо = 8,85·10-14 Ф/см.

Время пролета (время рассасывания) заряда неосновных носителей tp, с, рассчитывается по формуле

(16)

где Lpк - диффузионная длина дырок в коллекторе,

Lрк = 2... 50 мкм.

Предельная частота fТ может быть рассчитана как

(17)

Состояние поверхности п - р - переходов часто описывают характеристическим параметром m. Этот параметр очень удо­бен для оценки качества эмиттерного перехода, а вместе с тем - уровня собственных шумов, стабильности и надежно­сти БТ.

, (18)

где ^ Iб1 - ток базы при токе коллектора, Iк1, мА; Iб2 - ток базы при токе коллектора Iк2, мА.

При отсутствии рекомбинации на поверхности в объеме пространственного заряда m=1. При наличии рекомбинационных процессов m = 1...2. В случае канальной проводимости m<4. При наличии широких каналов m>4. Функциональной характеристикой метода m - параметра для полупроводнико­вых приборов является вольтамперная характеристика (ВАХ), крутизна которой в любой точке определяется воз­действующими факторами (нагрузкой) и поверхностными де­фектами, то есть информативный параметр m характеризует крутизну функциональной характеристики.


  1. ^ Порядок выполнения лабораторной работы

В работе используется интегральная микросхема переклю­чателя 101КТ1. Экспериментальный макет для снятия стати­ческих характеристик интегрального БТ собран по схеме, при­веденной на рис. 2. В макете предусмотрены два встроенных источника питания, в каждом из которых для регулировки напряжения есть потенциометры для грубой и точной на­стройки.

Рис. 2. Схема для снятия статиче­ских характеристик

    1. ^
      Порядок выполнения работы

а) Потенциометром R2 установить напряжение Uкэ = 5 В, меньше максимально допустимого по ТУ.

б) Потенциометром R1 установить Uбэ= 0,6 В, при этом измерить Iб и Iк.

в) Увеличивая Uбэ через 0,02 В, провести измерение токов Iб и Iк до Iк = 100 мА.

г) Результаты измерений записать в таблицу по форме 1.
1   2   3   4   5   6   7   8   9

Похожие:

Учебно-методический комплекс информация о дисциплине iconУчебно-методический комплекс курс по выбору по дисциплине « дв4»
Учебно-методический комплекс по дисциплине " Технические и аудиовизуальные средства обучения"
Учебно-методический комплекс информация о дисциплине iconУчебно-методический комплекс по дисциплине « Б2»
Учебно-методический комплекс (далее умк) по дисциплине «Информатика» разработан в соответствии с требованиями фгос впо к обязательному...
Учебно-методический комплекс информация о дисциплине iconУчебно-методический комплекс по дисциплине «Информатика»
Учебно-методический комплекс по дисциплине «Использование современных информационных и коммуникационных технологий» разработан в...
Учебно-методический комплекс информация о дисциплине iconУчебно-методический комплекс по дисциплине «Информатика»
Учебно-методический комплекс по дисциплине «Использование современных информационных и коммуникационных технологий» разработан в...
Учебно-методический комплекс информация о дисциплине iconУчебно-методический комплекс по дисциплине « дв6»
Учебно-методический комплекс по дисциплине " Технические и аудиовизуальные средства обучения"
Учебно-методический комплекс информация о дисциплине iconУчебно-методический комплекс по дисциплине « дв6»
Учебно-методический комплекс по дисциплине " Технические и аудиовизуальные средства обучения"
Учебно-методический комплекс информация о дисциплине iconУчебно-методический комплекс по дисциплине « дв12»
Учебно-методический комплекс по дисциплине " Технические и аудиовизуальные средства обучения"
Учебно-методический комплекс информация о дисциплине iconУчебно-методический комплекс по дисциплине « дв12»
Учебно-методический комплекс по дисциплине " Технические и аудиовизуальные средства обучения"
Учебно-методический комплекс информация о дисциплине iconУчебно-методический комплекс по дисциплине « дв32»
Учебно-методический комплекс по дисциплине " Технические и аудиовизуальные средства обучения"
Учебно-методический комплекс информация о дисциплине iconУчебно-методический комплекс по дисциплине дн(М). Дв3
Учебно-методический комплекс по дисциплине «Логическое программирование» разработан в соответствии с требованиями фгос впо к обязательному...
Вы можете разместить ссылку на наш сайт:
Школьные материалы


При копировании материала укажите ссылку © 2014
shkolnie.ru
Главная страница