Диафрагмы модулятора

Различают полевые транзисторы с управляющим р-п переходом и на основе конструкции металл— диэлектрик— полупроводник или МДП -транзисторы.

тографических принтеров для вывода информации с ЭВМ. Кроме того, этот материал находит применение для изготовления тонкопленочных полевых МДП-транзисторов (со структурой металл— диэлектрик — полупроводник). Преимуществами полевых транзисторов на основе пленок a-Si : Н являются: большое отношение токов при открытом и закрытом состояниях транзистора (10*— 107) вследствие высокого удельного сопротивления материала; низкие температуры процесса изготовления приборов (менее 350 °С), что допускает их создание на подложках из материалов небольшой стоимости; возможность использования типовых фотолитографических процессов полупроводниковой технологии; небольшая стоимость. Вместе с тем малая подвижность носителей заряда существенно ограничивает области применения этих приборов.

По виду обрабатываемой информации БИС можно классифицировать на цифровые и аналоговые. К цифровым БИС относятся полупроводниковые запоминающие устройства, счетчики, сумматоры и др. Примерами аналоговых БИС являются преобразователи: напряжение — код (АЦП) и код — напряжение (ЦАП). По виду применяемых элементов различают БИС на биполярных и МДП (металл—диэлектрик—полупроводник)-структурах; существуют также гибридные БИС. Технология МДП-структур более проста и не зависит от типа схемы. Кроме того, элементы с МДП-структурой занимают меньшую площадь, что позволяет существенно повысить степень интеграции БИС. Однако быстродействие и добротность БИС на биполярных структурах выше.

Полевой транзистор с изолированным затвором — полевой транзистор, затвор которого электрически отделен от канала слоем диэлектрика. У полевых транзисторов с изолированным затвором для уменьшения тока утечки затвора /3 между металлическими затворами и полупроводниковым каналом находится тонкий слой диэлектрика, обычно оксид кремния, а p-n-переход отсутствует. Такие полевые транзисторы часто называют МДП-транзисторами (МДП — металл — диэлектрик — полупроводник) или МОП-транзисторами (МОП — металл — оксид — полупроводник).

КОНТАКТ МЕТАЛЛ — ДИЭЛЕКТРИК — МЕТАЛЛ. КОНТАКТ МЕТАЛЛ — ДИЭЛЕКТРИК — ПОЛУПРОВОДНИК

В полупроводниковой технике широко используются свойства контактов между твердыми телами, обладающими разными значениями работы выхода. В полупроводниковой технике и микроэлектронике находят праменение различные сочетания контактов: металл — металл, металл — полупроводник, металл — диэлектрик, полупроводник — полупроводник, полупроводник — диэлектрик.

КОНТАКТ МЕТАЛЛ — ДИЭЛЕКТРИК — МЕТАЛЛ. КОНТАКТ МЕТАЛЛ — ДИЭЛЕКТРИК — ПОЛУПРОВОДНИК

Интегральные микросхемы изготавливаются на основе объемных и пленочных структур из полупроводниковых, диэлектрических и проводящих материалов. Объемные структуры служат основой для полупроводниковых интегральных микросхем, а пленочные •— для пленочных и гибридных. Структура, в которой между металлическими пластинками находится тонкая пленка диэлектрика, называется структурой металл—^диэлектрик—металл и обозначается МДМ. В МДМ-структуре в контактах между металлом и диэлектриком возникает потенциальный барьер, а через тонкую пленку диэлектрика начинает протекать ток инжекций, образующий в диэлектрике пространственный электрический заряд.

В тонкопленочных приборах широко применяют контакты металл— диэлектрик—полупроводник, которые обозначаются МДП или МОП (металл — окисел — полупроводник). В иностранной литературе применяются следующие обозначения: -MIS (M — металл, I — изолятор, S — semiconductor — полупроводник) или MOS, (О — oxide — окисел).

Токи, ограниченные пространственным зарядом (ТОПЗ). Такие токи имеют место в структуре металл—диэлектрик (или высокоом-ный полупроводник — металл) при малой высоте потенциального барьера в месте контакта. При этих условиях возникает инжекция электронов из металла в полупроводник. Диэлектрические и полупроводниковые пленки содержат много дефектов, играющих роль ловушек для подвижных носителей заряда. Последние захватываются ловушками и создают неподвижный пространственный заряд, ограничивающий ток через диэлектрик.

Полевые транзисторы бывают с затвором в виде p-n-перехода и с изолированным затвором (МДП - металл - диэлектрик - полупроводник и МОП — металл — оксид — полупроводник). В табл. 6.1 приведены обозначения транзисторов с p-n-переходом. Обозначения МДП- и МОП-транзисторов даны на 6.2. Такие транзисторы имеют выходные характеристики, аналогичные приведенным в табл. 6.1.

Приближенно можно считать, что вершина конуса пучка электронов, выходящих из плоскости скрещения, лежит на оси прожектора в плоскости диафрагмы модулятора. На основании теоремы Лагранжа — Гельмгольца (3.2) можно сделать вывод, что для по-

Опытным путем было найдено, что угол расхождения пучка сильно зависит от действующего значения напряжения в плоскости отверстия модулятора Um=UM—UM0 (UM0— запирающее напряжение модулятора, см. § 3.3). Кроме того, угол расхождения зависит от радиуса отверстия диафрагмы (модулятора) и расстояний катод — модулятор и модулятор — анод (ускоряющий электрод). Для приближенной оценки угла расхождения пучка за плоскостью скрещения можно использовать простую полуэмпирическую формулу, предложенную Моссом:

где RM — радиус отверстия диафрагмы (модулятора); dMa — расстояние модулятор — анод.

Гк_ радиус эффективной поверхности катода [см. (3.54)]; dKM — расстояние катод—модулятор; бм — толщина диафрагмы (модулятора).

Необходимо иметь в виду, что приведенные данные о расхождении пучка за плоскостью скрещения имеют смысл лишь тогда, когда в пространстве между скрещением и второй линзой нет диафрагм, огранила чивающих сечение пучка. При наличии диафрагм угол, под которым крайние электроны пучка входят во вторую линзу, определяется радиусом ограничивающей диафрагмы и ее расстоянием от плоскости модулятора. Однако уменьшение угла расхождения целесообразно и при наличии ограничивающих диафрагм, так как в этом случае относительно меньшая часть электронного потока будет срезаться диафрагмой, т. е. улучшится использование электронного пучка.

Аналитический расчет токовых характеристик прожектора с учетом всех факторов, влияющих на отбор тока с катода, представляет значительные трудности. Поэтому было предложено несколько приближенных соотношений, описывающие зависимость тока катода прожектора от напряжений модулятора и анода. Так, например, если предположить, что радиус рабочей поверхности катода гк связан с радиусом диафрагмы модулятора RM соотношением

Величина запирающего напряжения модулятора ?/м0 зависит от геометрических соотношений системы электродов прожектора: расстояний йкж (катод — модулятор) и dMa (модулятор — анод), радиуса отверстия диафрагмы модулятора ^м, толщины диафрагмы модулятора бм и анодного напряжения. Для расчета величины ?/м0 можно использовать полуэмпирические соотношения, в частности, широко известную формулу, предложенную М. Гейне:

Расчет триодного прожектора — системы, состоящей из катода, модулятора и анода, может быть проведен в предположении, что поле, создаваемое системой электродов, с достаточной степенью точности можно рассматривать как поле одиночной диафрагмы модулятора с радиусом отверстия RM, расположенной на расстояниях dKM и dMa от катода и анода. Для распределения потенциала в поле диафрагмы известно аналитическое решение [см. [1.3]]:

Использование вычислительных машин при инженерных расчетах не всегда удобно. Поэтому авторы указанных работ предложили ряд более простых формул, достаточно точно аппроксимирующих основные соотношения. Как показали исследования, максимальный радиус рабочей поверхности катода (/ушах) при равенстве потенциалов катода и модулятора (UK=UU=6) приблизительно равен радиусу отверстия диафрагмы модулятора RM. Тогда

толщина диафрагмы модулятора бм часто оказывается соизмеримой с расстоянием катод — модулятор dKM, необходимо ввести поправку на толщину диафрагмы.

Сеточная модуляция в принципе аналогична управлению анодным током в электронных лампах путем изменения потенциала управляющей сетки, приводящего к изменению поля в прикатодной области. Модуляцию тока пучка наиболее просто можно осуществить изменением потенциала (относительно катода), прикатодного фокусирующего электрода, электрически не соединенного с катодом. При отрицательном по отношению к катоду потенциале прикатодного электрода ускоряющее поле в прикатодной области, особенно в периферийной части катода, примыкающей к фокусирующему электроду, существенно ослабляется и ток катода, а следовательно, и ток пучка уменьшается. Однако использование фокусирующего электрода в качестве управляющего, особенно в пушках с большим аервеансом и компрессией пучка, оказывается мало эффективным: для запирания пучка требуется отрицательное напряжение фокуси-!ующего электрода, соизмеримое (по абсолютной величине) с уско-яющим анодным напряжением. Слабое управляющее действие ярикатодного электрода объясняется слишком большой величиной проницаемости такой «управляющей сетки». Повысить эффективность модуляции можно, поместив между катодом и анодом диафрагму, имеющую отверстие несколько меньшего по сравнению с катодом радиуса, т. е. использовать оптическую схему катод — модулятор— ускоряющий электрод (анод) электронного прожектора электроннолучевых приборов (см. § 3.3). Но и в этом случае запивающее напряжение модулятора оказывается порядка 50—60% (по абсолютной величине) анодного напряжения. Причиной слабого управляющего действия прикатодного электрода является также достаточно большая величина проницаемости модулятора, что; в свою очередь обусловливается невозможностью сделать радиус отверстия диафрагмы модулятора существенно меньше радиуса катода. Уменьшение радиуса отверстия модулятора неизбежно приводит к уменьшению тока пучка и снижению первеанса. Поэтому управление током пучка при помощи фокусирующего при-ватодного электрода или специальной диафрагмы — модулятора в

Как видно из рисунка, управляющее действие сетки значительна превышает действие управляющего электрода в виде штыря. В то же время обе эти системы эффективнее систем с управлением током при помощи фокусирующего электрода и диафрагмы модулятора.