Реферат
По теме:
Транзистор
Выполнил: С. Андрей, 2ПР-1.
Понятие транзистора
Транзистор (от англ. transfеr — переносить и резистор), полупроводниковый прибор для усиления, генерирования и преобразования электрических колебаний, выполненный на основе монокристаллического полупроводника (преимущественно Si или Ge), содержащего не менее трех областей с различной — электронной ( n
) и дырочной ( p
) — проводимостью. Изобретен в 1948 американцами У. Шокли, У. Браттейном и Дж. Бардином. По физической структуре и механизму управления током различают транзисторы биполярные (чаще называют просто транзисторами) и униполярные (чаще называют полевыми транзисторами). Во-первых, содержащих два или более электронно-дырочных перехода, носителями заряда служат как электроны, так и дырки, во вторых — либо электроны, либо дырки. Термин «транзистор» нередко используют для обозначения портативных радиовещательных приемников на полупроводниковых приборах.
Принцип действия МДП-транзистора
Физической основой работы МДП транзистора является эффект поля, который состоит в изменении концентрации свободных носителей заряда в приповерхностной области полупроводника под действием внешнего электрического поля.
Рис.1. Зонная диаграмма МДП-структуры. а) обогащение, Vg
>0, s>0; б) обеднение, Vg
<0, s<0,| s|<| 0|; в) инверсия, Vg
<<0, s<0,| 0|<| s|<|2 0| -слабая инверсия,| s|>|20|-сильная инверсия.
Ток в канале МДП-транзистора, изготовленного на подложке n-типа, обусловлен свободными дырками, концентрация которых r. Электрическое поле Еy обсловлено напряжением между стоком и истоком Vd. Согласно закону Ома плотность тока канала
(1)
где q-заряд электрона, m p-подвижность и p(x)-концентрация дырок в канале,. Проинтегрируем (1) по ширине Z и глубине Х канала. Тогда интеграл в левой части (1) дает полный ток канала Id, а для правой получим
(2)
Величина подинтегралом - есть полный заряд дырок Qp в канале на единицу площади. Тогда Id= Wm pQp? dV/dy (3)
Найдем величину заряда дырок Qp. Запишем уравнение электронейтральности для зарядов на единицу площади в виде
Qм = Qох + Qp + QB (4)
Рис.2. Схема МОП-транзистора. Vd
=0, Vg
<0.
Основными элементами конструкции МДП-транзистора являются:1)- две сильно легированные области противоположного с подложкой типа проводимости, сток и исток
; 2) диэлектрический слой, отделяющий металлический электрод, затвор,
от полупроводниковой подложки
и лежащий над активной областью транзистора, инверсионным каналом, соединяющим сток и исток.
Особенности субмикронных МОП-транзисторов
Традиционная структура МОП-транзистора обеспечила снижение длины затвора от 10 мкм в 70-х годах до 0,06 мкм в настоящее время путём простого масштабирования, то есть уменьшением длины затвора, толщины диэлектрика и глубины залегания p-n-переходов. Однако переход проектных норм через границу 130 нм в рамках традиционной конструкции наталкивается на физические ограничения. Таким образом, транзисторы для технологий XXI века должны иметь иную структуру и использовать новые материалы для подзатворного диэлектрика.
С уменьшением геометрических размеров транзисторов снижается площадь кристалла, уменьшаются паразитные ёмкости, улучшается быстродействие и снижается энергопотребление СБИС. За последние 30 лет длина затвора МОП-транзистора уменьшилась в 200 раз (с 10 мкм в начале 70-х годов до 60 нм в наши дни) [1]. В настоящее время коммерчески доступной является технология с минимальными горизонтальными размерами элементов 0,13 мкм, позволившая реализовать массовое производство микропроцессоров Intel Pentium 4 с тактовой частотой более 2,5 ГГц на МОП-транзисторах с длиной канала 60 нм и толщиной подзатворного окисла 1,5 нм [1]. В соответствии с прогнозами Ассоциации предприятий полупроводниковой индустрии NTRS, минимальные размеры элементов будут продолжать быстро уменьшаться и к 2012 году достигнут 50 нм.
Каждый технологический шаг в направлении уменьшения размеров сопряжён с ростом проблем конструирования и производства, которые приходится решать для обеспечения теоретически прогнозируемых характеристик транзистора. Любое улучшение одних параметров приводит к ухудшению других, причём с уменьшением размеров взаимное влияние параметров становится всё более сильным.
С ростом степени интеграции СБИС и систем на кристалле увеличивается доля чипов, содержащих аналоговые блоки, которые обеспечивают взаимодействие с окружающим миром, необходимое для крупных и функционально законченных систем. К транзисторам для аналоговых и цифровых применений предъявляются противоречивые требования. Для цифровых СБИС пороговое напряжение нельзя снижать неограниченно, поскольку при этом увеличивается подпороговый ток, который определяет потребление энергии СБИС в неактивном состоянии. Верхний предел порогового напряжения ограничивается четвертью от напряжения питания [2], которое стараются снизить для уменьшения потребляемой мощности. Однако для аналоговых схем идеальным является нулевое пороговое напряжение Vt
= 0, что увеличивает динамический диапазон аналоговой схемы, определяемый разностью между напряжением на затворе и Vt
, то есть (Vgs
– Vt
).
Особыми требованиями к "аналоговым" транзисторам являются также повышенная нагрузочная способность (ток стока в режиме насыщения), линейность и малые нелинейные искажения на малом сигнале. Для дифференциальных каскадов и токового зеркала важна согласованность характеристик транзисторов.
Основными проблемами микроминиатюризации МОП-транзисторов являются туннелирование через затвор, инжекция горячих носителей в окисел, прокол между истоком и стоком, утечки в подпороговой области, уменьшение подвижности носителей в канале, увеличение последовательного сопротивления между истоком и стоком, обеспечение запаса между пороговым напряжением и напряжением питания. Транзистор должен иметь слабую зависимость порогового напряжения от напряжения на стоке, от длины и ширины канала, а также большую передаточную проводимость, большое выходное сопротивление, малое сопротивления областей истока и стока и большую нагрузочную способность. Емкости затвора и p-n-переходов должны быть минимальны. Разброс параметров техпроцесса, который растёт с уменьшением размеров транзистора, не должен снижать процент выхода годных кристаллов.
Другие работы по теме:
Исследование биполярного транзистора 2
Лабораторная работа 1 Тема: " Исследование биполярного транзистора" Цель: Получение входных и выходных характеристик транзистора. Приборы и элементы: Биполярный транзистор 2N3904, источник постоянной ЭДС, источник переменной ЭДС, амперметры, вольтметры, осциллограф, резисторы.
Самостоятельная нагрузка
Биполярный транзистор как трехэлектродный полупроводниковый прибор, один из типов транзистора, его отличительные характеристики, устройство и элементы. Принцип действия транзисторов и схема его включения. Входная и выходная характеристика транзистора.
Электронные ключи
Назначение и параметры электронных ключей. Диодные, транзисторные ключи. Временные диаграммы тока и выходного напряжения идеального ключа. Схема и характеристики режима работы ключа на биполярном транзисторе. Время переключения ключей на транзисторах.
Исследование режимов работы системы генератор-двигатель
Описание схемы системы Г – Д, ее структура и основные элементы, назначение. Расчет электромагнитных процессов импульсного регулятора тока возбуждения генератора. Вычисление среднего значения тока для заданных значений скважности импульсов управления.
ЭТПиМЭ
С О Д Е Р Ж А Н И Е Ч а с т ь 1 1.1. Упрощение логических выражений. 1.2. Формальная схема устройства. 1.3. Обоснование выбора серии ИМС. 1.4. Выбор микросхем.
Расчет усилителя низкой частоты
Реферат Курсовая работа оформлена на 35 страницах машинописного текста, содержит 18 рисунков, 16 источников использованной литературы и 5 приложений.
передатчик расчет 50 - 80 Мгц
Министерство образования РФ Новгородский Государственный Университет имени Ярослава Мудрого __________________________________________________________
Универсальный блок питания
Министерство общего и профессионального образования Томский политехнический университет Курсовая работа по электронике «Универсальный блок питания»
Расчет усилителя на биполярном транзисторе
Расчетно-графическая работа по курсу электроники. Расчет однокаскадного усилителя. Вариант №25. Задание: Требуется рассчитать однокаскадный усилитель на биполярном транзисторе, схема которого приведена ниже. В этой схеме тип транзистора определяется полярностью заданного напряжения.
Интегральные микросхемы серии 500
Интегральные микросхемы серии 500 предназначены для применения в технических средствах и используются для построения быстродействующих устройств (процессоры,каналы).
Типы интегральных схем
Text Graphics Типы интегральных схем Graphics Корпуса микросхем Graphics Вид обрабатываемого сигнала Graphics
Универсальный блок питания
Министерство общего и профессионального образования Томский политехнический университет Курсовая работа по электронике «Универсальный блок питания»
Элементы ИМС на МДП-транзисторах и КМОП-транзисторах
Построение и анализ работы схем элементов интегральных микросхем средствами Electronics WorkBenck. Обработка информации цифровых устройств с помощью двоичного кода. Уровень сигнала на выходах управляющих транзисторов, перевод их в закрытое состояние.
Электронный ключ на полевом транзисторе
Электронные ключи – элементы, производящие под воздействием управляющего сигнала различные коммутации в импульсных и цифровых устройствах. Схемы электронных ключей на полевых транзисторах. Принцип их работы, схожесть с ключами на биополярных транзисторах.
Расчет оконечного каскада передатчика
Параметры расчета предварительного и оконечного каскадов передатчика на биполярных транзисторах. Расчёт оконечного каскада. Параметры транзистора 2Т903А. Результат расчёта входной цепи. Результаты расчёта коллекторной цепи. Расчёт предоконечного каскада.
Передатчик связной радиостанции
Расчёт передатчика и цепи согласования. Расчёт структурной схемы и каскада радиопередатчика, величин элементов и энергетических показателей кварцевого автогенератора. Нестабильность кварцевого автогенератора и проектирование радиопередающих устройств.
Розрахунок каналу обробки аналогового сигналу
Проектування каналу збору аналогових даних реальної мікропроцесорної системи, який забезпечує перетворення аналогового сигналу датчика - джерела повідомлень в цифровий код. В такому каналі здійснюється підсилення, фільтрація і нормування сигналу.
Расчет усилителя на биполярном транзисторе
Расчетно-графическая работа по курсу электроники. Расчет однокаскадного усилителя. Вариант №25. Задание: Требуется рассчитать однокаскадный усилитель на биполярном транзисторе, схема которого приведена ниже. В этой схеме тип транзистора определяется полярностью заданного напряжения.
Расчёт импульсного усилителя
Усилительный каскад с применением транзистора как основа электроники. Расчет импульсного усилителя напряжения с определенным коэффициентом усиления. Выбор схемы усилителя и транзистора. Рабочая точка оконечного каскада. Расчет емкостей усилителя.
Проектирование дифференциального усилителя
Расчёт и обоснование требуемых характеристик источника питания. Определение и выбор всех элементов схемы (номиналов и мощностей). Вычисление параметров конденсаторов, резисторов, транзисторов. Расчёт КПД схемы при синусоидальном входном сигнале.
Биотелеметрические сигналы и их калибровка
Калибровка биотелеметрических сигналов электрокардиограмм, псевмограмм для получения количественных сведений об уровне сигналов. Симметричные и несимметричные мультивибраторы на биполярных транзисторах, расчет при заданном напряжении источника питания.
Расчет резисторного усилителя тока с непосредственной связью
Расчет параметров усилителя, на вход которого подается напряжение сигнала с заданной амплитудой от источника с известным внутренним сопротивлением. Определение КПД усилителя с общей параллельной отрицательной обратной связью по току и полного тока.
Формирователь импульса тока для запуска лазера
Принцип действия формирователя импульса тока для запуска лазером и требуемые параметры его работы. Принцип работы таймера в схеме одиночного запуска. Каскад Дарлингтона. Операционный усилитель и схема с транзистором VT1. Принципиальная схема устройства.
Импульсно-статические, динамические, квазистатические триггеры
Признаки импульсно-статических триггеров. Динамические триггеры, выполненные на основе МДП-транзисторов. Процесс записи информации в триггер. Схема квазистатических триггеров. Применение триггеров в схемотехнике для построения сдвигающих регистров.
Принципы построения ОЗУ
Изучение принципов построения оперативных запоминающих устройств Цель работы: Изучение основных принципов построения оперативных запоминающих
Шокли Уильям
Шокли (Chockley) Уильям Брэдфорд (1910, Лондон - 1989), американский физик. Труды по физике твердого тела и полупроводников.
Транзистори НВЧ
Лекція 30 . Ці транзистори є видозміненими звичайними транзисторами. Розглянемо характеристики та фізику роботи звичайного транзистора. - транзистор перестає працювати.