 |
Специальные виды полупроводниковых
|
|
|
|
Приборов.
Терморезисторы
В эту группу входят: терморезисторы, позисторы, болометры, варисторы, термоэлектрические приборы (термобатареи, термогенераторы, холодильники и т.д.), датчики Холла, тензодатчики.
Терморезистор – полупроводниковый прибор, сопротивление которого изменяется в зависимости от температуры.
| T |
| R |
| T |
| R |
αT > 0 αT < 0
а) б)
Рис.2.1. Температурная характеристика позистора
Терморезисторы бывают с положительным (а) и отрицательным (б) коэффициентом сопротивления αТ.
| I |
| U |
| I |
| U |
а) б)
Рис.2.2. ВАХ термосопротивлений
По виду ВАХ различают три типа терморезисторов (кривые 1, 2, и 3 Рис.2.2. а). На рисунке 2.2.б изображена ВАХ S-типа. Терморезисторы бывают прямого и косвенного подогрева.
На основе термосопротивлений можно реализовать схему, обладающую релейным эффектом. ВАХ такой схемы имеет три участка: линейный, соответствующий малым токам, участок, соответствующий отрицательному динамическому сопротивлению и третий так же с линейной зависимостью между I и U.
| U |
| I |
| R |
| R(T) |
Рис.2.3. Схема и ВАХ цепи с релейным эффектом
| R(T) |
Рис.2.4. Схема электроподогревателя
Позисторы – терморезисторы с положительным αТ – изготавливают из титаната бария – BaTiO3.
Болометры – терморезисторы, используемые для измерения интенсивности электромагнитного излучения в оптическом или инфракрасном диапазоне длин волн.
| U |
| I |
|
|
|
Рис.2.5. Статические характеристики варисторов
Материал – карбид кремния (SiC), спрессованный в таблетки со связывающим наполнителем.
При введении в карбид кремния некоторых примесей на ВАХ появляются участки с отрицательным дифференциальным сопротивлением – кривая 2.
Основные параметры: статическое и динамическое сопротивления 
αB и другие.
Термоэлектрические приборы основаны на использовании эффектов Зеебека, Пельтье, Томпсона.
| T1 < T2 ← эффект Зеебека |
| + |
| – |
| T2 |
| + |
| ET |
| T2 |
| T1 |
| T1 |
| p-тип |
| n-тип |
| – |
Рис.2.6. Структура источника термо-ЭДС
На зажимах цепи возникает термо-ЭДС, имеющая три составляющие. Разработаны и широко применяются термоэлементы, термобатареи, генераторы, холодильники и подогреватели.
Датчики Холла
| I |
| d |
| Ф(B) |
| UX |
| P-тип |
Рис.2.7. Схема датчика Холла
Если кристалл полупроводника p – типа с током I, направленном от одной боковой грани к противоположной, поместить в однородное магнитное поле с индукцией B, направленной нормально к плоскости верхней (нижней) поверхности, то между другой парой боковых граней пластины полупроводника появится ЭДС, называемая ЭДС Холла.
Здесь R – постоянная Холла.
Датчики ЭДС Холла применяются для измерения параметров постоянных магнитных полей, в качестве преобразователей постоянного тока в переменный, усилителей и т.п.
Тензодатчики и термоэлектрические
Приборы
Тензодатчики – полупроводниковые приборы, использующие изменение сопротивления полупроводниковой пластины при деформации.
Тензодиоды – полупроводниковые приборы, использующие изменение высоты потенциального барьера при сжатии или растяжении.
Они широко применяются для измерения вращающих моментов (статических и динамических), масс материалов (тензовесы) и т.д.
|
|
|
Эффект Пельтье – выделение или поглощение (в зависимости от направления тока) на контактах тепла. Один контакт нагревается, другой – охлаждается.
Аналогично эффект Томсона:
Интегральные микросхемы
Электронные элементы современных электронных устройств выпускаются промышленностью двух видов:
1. В виде отдельных дискретных компонентов (резисторов, диодов, триодов и т.д.).
2. В виде микросхем (интегральных схем), в которых в одном корпусе в один функциональный узел объединен ряд элементов, выполненных, как правило, на одном кристалле полупроводника.
Область использования элементов второго вида постоянно расширенная. Они выполняют все более сложные функции, включают в себя все больше число отдельных элементов. Одно из важнейших достижений микроэлектроники и микросхемотехники – создание в одном кристалле в одном корпусе программируемых микропроцессорных наборов и микроЭВМ.
Интегральная микроминиатюризация позволяет достигать цели не за счет лучшего физического воспроизводства методов классической схемотехники, а за счет создания приборов с лучшими локальными средами, выполняющими необходимые функции проще и надежнее на основе физических свойств твердого тела.
Одним из главных классификационных признаков интегральных микросхем (ИМС) является их функциональное назначение. По этому признаку ИМС делится на:
1. Цифровые ИМС – появились в 1972г. Назначение – использование в дискретных логических устройствах с сигналами двух уровней – 0 и 1. Все современные ЭВМ, цифровые системы связи, телевиденье и т.д. создаются на основе таких ИМС. Их основная отличительная особенность – высокая помехоустойчивость.
2. Аналоговые (линейные) ИМС, работают с непрерывными во времени сигналами.
В основном они выполняют функции усилителей сигналов, генераторов, стабилизаторов, фильтров и т.д.
По степени интеграции ИМС делится на:
1. Малые ИМС N < 10;
2. Средние ИМС 10 < N < 100;
3. Большие ИМС N > 100;
4. Сверхбольшие ИМС N > 1000 (N = 105 – 106).
где N – число эквивалентных вентилей в составе ИМС;
К = log N – степень интеграции.
3. Интегральные микросхемы СВЧ диапазона – относятся к сверхбыстродействующим – задержка сигнала не более 5ns.
|
|
|
Используются в аппаратуре ближней и дальней космической связи, аппаратуре передачи и обработки телеметрической информации.
По конструктивно- технологическим признакам ИМС делится:
| ИМС СВЧ |
| Пьезокристаллические |
| БИС |
| Многокристальные |
| Монолитные |
| Балочные |
| Совмещенные |
| Тонко-пленочные |
| На пассивной подложке |
| Толсто-пленочные > 1µм |
| Тонко-пленочные < 1µм |
| Гибридно-пленочные |
| ИМС |
| Полупроводниковые |
| С избирательными внутрисхемными соединениями |
| С фиксированными соединениями |
Рис.2.8. Классификация ИМС
В качестве пассивных подложек используются сапфир, корунд и другие диэлектрики.
Активные подложки как правильно – монокристаллы кремния, арсенида галлия, все компоненты выполняются внутри подложки. Степень интеграции при этом высока.
В гибридно-пленочных ИС применяются пассивные подложки, на которых монтируются активные элементы без корпусов, либо кристаллы монолитных интегральных схем. В качестве пассивных элементов и меж-элементных связей используются толстые пленки.
В совмещенных интегральных схемах активные элементы создаются на основе монокристаллического полупроводника, а пассивные – напыляются в виде тонких пленок на ту же пластину.
Полупроводниковые ИМС выполняются на одной (монолитные) или нескольких (многокристальные) монокристаллических пластинах.
|
|
|
