Методичні вказівки

При вивченні цього розділу, який завершує собою навчальну дисципліну «Твердотільна електроніка», потрібно ознайомитися з основними етапами розвитку мікроелектроніки, засвоїти такі поняття як мікроелектронний виріб, інтегральна схема (ІС), елемент ІС. Слід зрозуміти, що основною технологічною відмінністю сучасних електронних схем є їх виготовлення у єдиному технологічному процесі.

В подальшому слід ознайомитися з особливостями класифікації ІС та системою їх умовних позначень. Слід чітко зрозуміти різницю між двома основними технологіями виготовлення ІС – гібридною і напівпровідниковою, з’ясувати їх переваги та недоліки. Потрібно засвоїти, що при використанні гібридної технології розрізняють два різновиди плівкових ІС: товстоплівкові, у яких товщина нанесених плівок складає d > 10 мкм та тонкоплівкові, у яких d ≤ 1-2 мкм. Студенти повинні знати як виглядають та створюються за цією технологією такі неактивні елементи мікросхем як резистори, конденсатори, індуктивності та ін.

В подальшому необхідно розібратися з особливостями планарно-дифузійної та планарно-епітаксійної технологіями створення ІС, їх недоліками та перевагами, методами ізоляції окремих елементів мікросхеми, способами створення активних та пасивних елементів.

Особливу увагу студентам потрібно звернути на особливості біполярних і МОН-структур твердотільної мікросхемотехніки, на їх параметри, характеристики та застосування у мікросхемах різного ступеня інтеграції. Потрібно засвоїти, що, звичайно, у мікросхемах замість діодів застосовуються біполярні транзистори у діодному вмиканні і відомо п'ять варіантів такого вмикання. Важливим видається також ознайомлення студентів з топологією і схемотехнікою перспективних схем з інжекційним живленням.

І, нарешті, дуже корисно в результаті вивчення даного розділу усвідомити, що мікросхемна техніка за своїми прийомами і засадами суттєво відрізняється від дискретної транзисторної схемотехніки. Саме тому розділ 7 «Основи мікроелектроніки» є перехідним «містком» необхідним для якісного засвоєння студентами курсу мікросхемотехніки.

Література: [1], с.234-257; [2], с.284-294.

Питання до самоконтролю

1. Як ІС поділяються за ступенем інтеграції?

2. Розглянути відмінності у маркуванні ІС за європейською, американською, японською та російською системою позначень.

3. Розглянути особливості планарно-епітаксійної та планарно-дифузійної технологій виготовлення ІС. Вказати недоліки планарно-дифузійної технології.

4. Провести порівняльну характеристику гібридних і напівпровідникових ІС з огляду на прецизійність приладів і ступінь їх інтеграції.

5. Описати процедуру виготовлення таких неактивних елементів ІС як резистори, конденсатори, індуктивності.

6. Описати процедуру виготовлення таких активних елементів ІС як тиристори, транзистори та діоди.

7. Чому серед твердих біполярних інтегральних транзисторів переважна більшість має n-p-n провідність?

8. Вказати топологічні особливості багатоемітерних і багатоколекторних біполярних структур. Де вони застосовуються?

9. Розглянути особливості технології виготовлення інтегральних МДП структур.

10. Розглянути будова, принцип дії і застосування вентиля ІС з інжекційним живленням.

Розрахункова частина

Початкові данні для розрахункової частини завдання 1 РГР для різних варіантів наведені у табл.2.

Зміст завдання 1

1. Визначити величину контактної різниці потенціалів на різкому p-n-переході при температурах Т₁ = 0 К та Т₂ = 300 К та нульовому зовнішньому зміщенні. Вважати, що при кімнатній температурі всі атоми легуючої домішки іонізовані. Таблиця 2.

2. Визначити товщину p-n-переходу при температурі Т = 300 К та напрузі зміщення на переході U₁ = 0 та U₂ = -50 В. Визначити відношення товщини збіднених шарів в p- та n- областях. Перехід вважати різким.

3. Знайти максимальні значення напруженості E та потенціалу  електричного поля на p-n- переході та зобразити їх розподіли вздовж переходу.

4. Для значень температури та напруги взятих з попереднього пункту визначити величину бар’єрної ємності p-n-переходу.

5. Визначити величину теплового струму, що проходить через p-n перехід при температурах Т₁ = 300 К та Т₂ = 350 К.

Таблиця 2. Початкові данні для розрахункової частини РГР1

6. Розрахувати та побудувати ВАХ ідеалізованого діоду при температурах Т₁ = 300 К та Т₂ = 350 К зі зміною зворотної напруги від нуля до -50 В та прямого струму від нуля до максимального значення I_{пр мах}= j_{пр мах}S (j_{пр мах} – максимально допустима густина прямого струму; S – площа переходу).

Методичні вказівки до завдання 1

Для розрахунку необхідних фізичних величин використати співвідношення наведені у конспекті лекцій та довідниковому мінімумі методички. Там же представлені потрібні константи напівпровідникових матеріалів. Перед розрахунками привести коротку умову завдання та перевести величини у систему CI. Всі розрахунки проводити тільки у системі СІ.

Зміст завдання 2

Для БТ вказаного у відповідному варіанті таблиці 3 спільно з параметрами транзисторного каскаду Е_К, а також U_КЕо та I_Ко (напругою та струмом спокою в колекторному колі).

1. Розрахувати графоаналітичним способом h – параметри транзистора в схемі зі спільним емітером для заданого режиму (U_КЕо, I_Ко), використовуючи наведені в довіднику статичні вхідні та вихідні характеристики приладу.

2. За знайденими h – параметрами визначити фізичні параметри транзистора (r_Е, r_Б, r_К, α) та зобразити Т-подібну фізично еквівалентну схему приладу, що відповідає знайденим параметрам.

3. Для підсилювального каскаду зі спільним емітером та температурною стабілізацією робочої точки (рис.2) для заданого у відповідному варіанті таблиці 3 транзистору розрахувати елементи схеми R_К,. R₁, R₂, R₃ та визначити графоаналітичним способом параметри підсилення каскаду К_U, К_I, К_р, R_вх, R_вих. За початковий взяти режим роботи транзистора заданий у відповідному варіанті таблиці.

Таблиця 3. Початковий режим роботи транзистора