Материал: Методические указания по самостоятельной работе по дисциплине «Интегральные устройства радиоэлектроники». Турецкий А.В., Ципина Н.В

ни интеграции, области применения. Тенденции развития твердотельной электроники и микроэлектроники.

2. Биполярные структуры. Устройство и основные физические процессы биполярного транзистора. Входные, выходные вольтамперные характеристики и параметры различных схем включения.

Самостоятельное изучение

Мощные транзисторы структуры IGBT. Принцип действия и параметры. Особенности конструкции биполярного транзистора в интегральной схеме, основные технологические операции изготовления.

Понятие модели. Классификация моделей. Характеристики моделей.

Математическая модель биполярного транзистора. Схема замещения биполярного транзистора, назначение

элементов схемы замещения. Основные математические соотношения модели Эберса-Молла. Методы определения электрофизических параметров модели биполярного транзистора.

3. Структуры ИС на полевых транзисторах, МДПструктуры МДП-транзистор с индуцированным каналом. Принцип работы МДП-транзистора с индуцированным каналом. Выходная и проходная ВАХ на примере схемы с общим истоком.

Самостоятельное изучение

Полевой транзистор с управляющим p-n переходом Основные физические процессы, протекающие в тран-

зисторе с управляющим p-n переходом. Вольтамперные характеристики (ВАХ), параметры. МДП транзистор со встроенным каналом. Режимы работы, характеристики и параметры МДП транзистора со встроенным каналом Современные технологии производства МДПструктур. Дифференциальные параметры. Инерционные свойства МДП-транзисторов. Конструктивно-

4

технологическая реализация МДП транзистора. Математическая модель МДП-транзистора. Схема замещения МДПтранзистора. Назначение элементов схемы замещения, аппроксимирующих распределенные параметры в структуре. Уравнения модели.

4. Устройства на основе МДП транзистора Структура ячейки быстродействующей электрически

перепрограммируемой памяти на основе МДП-транзистора. Структура прибора с зарядовой связью (ПЗС).

Самостоятельное изучение

Принцип работы и параметры Flash-памяти. Применение твердотельной энергонезависимой памяти в РЭС. Приборы с зарядовой связью. Режимы работы затворов ПЗС, принцип последовательной передачи информации в ПЗС. Структура фото-ПЗС сенсора. Перспективы развития ПЗС. ПЗС матрицы для приема фотоизображений. Организация ПЗС матриц с кадровым и межстрочным переносом, достоинства и недостатки, области применения. Характеристики и параметры ПЗСматриц, пути их улучшения. Прием цветного изображения. Современные устройства памяти.

5. Структуры сверхбольших ИС Самостоятельное изучение. Особенности использования

элементов группы АIIIBV в составе ИС. Области применения ИС группы АIIIBV.

6. Элементы на основе сверхпроводящих материалов

Особенности протекания тока в сверхпроводниках. Объяснение явления сверхпроводимости и особенность протекания тока в сверхпроводниках. Туннельный эффект в сверхпроводниках.

5

Самостоятельное изучение Стационарный и нестационарный эффекты Джозефсо-

на. Сущность стационарного и нестационарного эффектов Джозефсона. Фундаментальное соотношение Джозефсона. ВАХ элементов Джозефсона. Тенденции развития сверхпроводящих элементов Джозефсона. Применение элементов Джозефсона. Сверхпроводящие квантовые интерферометры. Область применения и параметры. Цифровые устройства быстрой одноквантовой логики. Перспективы применения.

7.Некогерентные оптоэлектронные полупроводниковые устройства

Генерация оптического излучения в полупроводниках. Сущность люминесценции в полупроводниках. Материалы полупроводниковых излучателей оптического диапазона.

Самостоятельное изучение Светоизлучающие диоды. Структура светоизлучающего диода (СИД). Характеристики и параметры СИД. Светодиоды, применяемые для индикации и передачи информации. Фотодиоды. Основные физические процессы, протекающие в фотодиоде. Режимы работы фотодиодов. Характеристики и параметры. Быстродействующие фотодиоды со структурой p-i-n. Перспективные оптоэлектронные устройства.

8.Лазерные источники в интегральной оптике Полупроводниковые лазеры. Принцип лазерного усиле-

ния и генерации оптического излучения.

Самостоятельное изучение Устройство полупроводникового инжекционного лазера. Параметры полупроводниковых лазеров. Применение лазеров для записи, считывания, передачи информации. Перспективные разработки с применением лазеров.

6

9.Акустооптическое взаимодействие и устройства на его основе

Взаимодействие света с ультразвуковой волной.Устройство акустооптической ячейки. Дифракция РаманаНата и Брэгга.

Самостоятельное изучение Материалы, применяемые в акустооптике. Характеристики и параметры. Акустооптические дефлекторы, модуляторы, фильтры, процессоры, корреляторы. Устройство, принцип действия, параметры и область применения акустооптических дефлекторов, сканеров и модуляторов. Преимущества акустооптических процессоров и фильтров, области применения.

10.Устройства для обработки сигналов на ПАВ

Принцип работы устройств на ПАВ. Принцип работы устройств на ПАВ на примере линии задержки. Основные физические процессы.

Самостоятельное изучение Амплитудно-частотная характеристика линии задержки. Основные элементы акустоэлектронных устройств. Устройство, параметры и назначение преобразователей, звукопроводов, ответвителей, отражательных структур, волноводов и концентраторов. Материалы, применяемые в акустоэлектронике. Характеристики и параметры. Линии задержки на ПАВ. Классификация линий задержки на ПАВ. Линии задержки с однократной задержкой, физические процессы, характеристики и параметры. Многоотводные линии задержки, Дисперсионные линии задержки. Фильтры, резонаторы на ПАВ. Параметры и характеристики фильтров на ПАВ. Способы получения требуемых параметров и АЧХ при проектировании фильтров. Метод внешнего и непосредственного взвешивания для аподизации встречно штыревых преобразователей. Устройство и характеристики резонаторов на ПАВ. Применение резонаторов на ПАВ.

7

2.2Методические указания к темам и контрольные во-

просы

Методические указания к теме 1

Интегральные устройства являются универсальным средством при решении самых различных задач в области сбора и преобразования, записи и хранения информации, управления, преобразования энергии. Они входят в состав практически всех современных радиоэлектронных средств. Знания о принципах работы, характеристиках и параметрах интегральных устройств необходимы современному специалисту, занимающемуся разработкой радиоэлектронных средств.

Современные интегральные устройства включают в себя широкий спектр электронных приборов, работающих на основе различных физических эффектов. Кроме полупроводниковых приборов сюда входят акустоэлектронные, оптоэлектронные, акустооптические приборы, элементы криоэлектроники.

В зависимости от степени интеграции различают следующие виды ИС: малая интегральная схема (МИС), средняя интегральная схема (СИС), большая интегральная схема (БИС), сверхбольшая интегральная схема (СБИС), ультрабольшая интегральная схема (УБИС), гигабольшая интегральная схема (ГБИС).

По технологии изготовления различают:

-полупроводниковую микросхему — все элементы и межэлементные соединения выполнены на одном полупроводниковом кристалле (например, кремния, германия, арсенида галлия);

-плѐночную микросхему — все элементы и межэлементные соединения выполнены в виде плѐнок (толстоплѐночная интегральная схема, тонкоплѐночная интегральная схема);

-гибридную микросхему — кроме полупроводникового кристалла содержит несколько бескорпусных элементов и (или компонентов) и (или) кристаллов.

8