Плотность элементов

При подаче на туннельный диод обратного напряжения энергетическая диаграмма будет иметь вид, показанный на 16.22, е. Вследствие того что число электронов с энергией выше энергии уровня Ферми очень мало, количество электронов р-области, способных перейти в к-область, увеличивается, а в n-области оно останется почти неизменным, поэтому результирующий обратный ток будет протекать от n-области к р-области. Так как в глубине валентной зоны плотность электронов очень большая, то незначительное увеличение обратного напряжения и связанное с этим незначительное смещение энергетических уровней вызывают существенное увеличение числа электронов р-области, переходящих в п-область. Следовательно, обратный туннельный ток будет резко возрастать. Обратный ток у туннельных диодов во много раз больше, чем у других диодов, поэтому они не обладают вентильным свойством.

Изменение потенциала сетки дает возможность регулировать плотность электронов в луче и тем самым менять яркость изображения на экране. Кроме того, при помощи сетки производится

Потенциальный барьер в пространстве А — С2 лучевого тетрода зависит от соотношения ?/д/?/С2 и плотности объемного заряда в этом пространстве, которая определяется в основном эмиссией с катода, напряжениями Uc\ и t/C2. В рабочем режиме эти величины подбираются так, чтобы потенциальный барьер t/д—иыия для вторичных электронов составлял 20—25 В ( 10.3). Вторичные электроны не смогут преодолеть этот барьер и возвращаются на анод. Динатронный эффект при этом не проявляется. При значительных отрицательных напряжениях t/ci плотность электронов в пространстве С2—А мала, потенциальный барьер снижается и возможен динатронный эффект. Анодные /А—К^А) характеристики лучевого тетрода приведены на 10.4. При малых UА в лучевом тетроде реализуется режим возврата электронов (РВ). С увеличением U& происходит резкий переход в режим прямого перехвата (РП), который обеспечивается качественной фокусировкой потока электронов.

Наибольшая плотность электронов

Изменение потенциала управляющего электрода дает возможность регулировать плотность электронов в пучке и тем самым менять яркость изображения на экране. Кроме того, при помощи сетки производится предварительная фокусировка электронного пучка. Окончательная фокусировка осуществляется в поле между первым и вторым анодами. Фокусировка регулируется путем изменения на-

где п (г) — плотность электронов в атоме, которая должна быть выражена через V (г). Для этого установим связь между максимально возможным значением импульса электронов р0 в атоме и плотностью п (г). Пусть распределение электронов в пространстве импульсов — это распределение Ферми при нулевой температуре:

При подаче на туннельный диод обратного напряжения энергетическая диаграмма будет иметь вид, показанный на 1.22, е. Вследствие того что число электронов с энергией выше энергии уровня Ферми очень мало, количество электронов р-области, способных перейти в n-область, увеличивается, а в n-области оно останется почти неизменным, поэтому результирующий обратный ток будет протекать от п-области к р-области. Так как в глубине валентной зоны плотность электронов очень большая, то незначительное увеличение обратного напряжения и связанное с этим незначительное смещение энергетических уровней вызывают существенное увеличение числа электронов р-области, переходящих в n-область. Следовательно, обратный туннельный ток будет резко возрастать. Обратный ток у туннельных диодов во много раз больше, чем у других диодов, поэтому они не обладают вентильным свойством.

где v — среднее число событий в секунду внутри объема резистора. Теперь, если п — плотность электронов в материале и

полем не происходит из-за тщательно контролируемого высокочастотного напряжения, быстро разрушающего поле в области отрицательной дифференциальной подвижности. Это предотвращает накопление заряда и сохраняет более или менее однородное поле по всему прибору. Тжим образом, зависимость тока от напряжения для этого режима, известного под названием режима с ограниченным накоплением объемного заряда* определяется зависимостью скорости от величины поля, так как ток равен qnv(E)A, где п — плотность электронов; А — площадь прибора и v(E) —зависящая от поля скорость дрейфа. Из этого следует, что при отрицательной дифференциальной подвижности у диода появляется отрицательное дифференциальное сопротивление и, следовательно, его можно использовать для усиления. Режим ограниченного накопления объемного заряда имеет то преимущество, что он потенциально пригоден для получения большой выходной мощности на СВЧ. Более того, ожидается, что ганновские диоды с однородным распределением поля из-за более высокой подвижности должны иметь меньшие шумы,, чем диоды с неоднородными полями.

ный заряд), и слоя, обедненного электронами (положительный заряд). Если пренебречь диффузией, то плотность электронов в обогащенном слое может быть сколь угодно большой. Положительный же заряд образуется ионизированными донорами при уходе электронов из этой части полупроводника, поэтому его плотность не может быть больше «о. Следовательно, ширина обогащенной области меньше ширины обедненной области и за размеры домена можно принять размеры области положительного заряда. Ширина области объемного заряда d может быть определена из уравнения Пуассона (1.5), которое при линейной зависимости Е(х) ( 6.10,6) запишем в виде АЕ/Ах=—р/еео.

2.6. Изогипсы распределения плотности валентных электронов в Si (а) и GaAs (б). Цифры указывают относительную плотность электронов.

Гетероэпитаксия кремния на изолирующих подложках является одним из перспективных направлений в технологии ИМС, так как в этом случае естественным путем решается проблема изоляции элементов схемы на подложке. Так, при использовании подложек из лейкосапфира можно почти на два порядка увеличить быстродействие микросхем с автоэпитаксиальными слоями за счет исключения паразитных емкостей и утечек изолирующих р-и-переходов. При этом плотность элементов и радиационная стойкость микросхем также увеличиваются.

При полипланарном способе используется локальное анизотропное травление эпитаксиального слоя. Эпитаксиальные структуры на поверхности кремния ориентируют в плоскости (100). При этом получают V-образные канавки, стенки которых ориентированы в плоскости (111). Поверхность кремния после травления покрывают слоем SiO3 — Si3N4. На поверхности диэлектрика выращивают поликристаллический кремний, который оставляют только в углублениях V-канавок. Остальной поликремний удаляется с поверхности шлифовкой ( 1.12). Плотность элементов при этом способе изоляции значительно повышается.

довательно, одинаковую крутизну S=.-----^~?~ (^з — ?/пор). Параллельное включение всех открытых транзисторов снижает общее сопротивление и уровень нуля. За счет объединения диффузионных областей истока и стока уменьшается площадь схемы и достигается большая плотность элементов.

В логических ИМС «без отношения» соотношение между сопротивлениями входного и нагрузочного транзисторов не выдерживается. Нулевой уровень напряжения в схемах этого типа обеспечивается разрядом конденсатора, что позволяет, использовав нагрузочный и управляющий транзисторы минимальных размеров, повысить плотность элементов на кристалле.

3. Плотность элементов в расчете на один элемент S^.

Важным показателем качества технологии и конструкции является плотность элементов на кристалле—число элементов, приходящихся на единицу его площади. Для повышения плотности элементов применяют метод совмещения: некоторые области полупроводникового слоя используют для выполнения нескольких (обычно двух) функций, например базы биполярного п-р-п транзистора и коллектора р-п-р транзистора, стоковой области одного МДП-транзистора и истоковой области другого. С этой же целью проводятся исследования и разработки трехмерных структур: элементы изготавливают в нескольких (обычно двух) слоях кремния, разделенных диэлектрическими прослойками, или создают канавки в кремниевой подложке и формируют элементы на их боковых поверхностях.

трафареты, основой конструкции которых служит сетка из тонкой (30... 40 мкм) проволоки из нержавеющей стали с размером ячеек порядка 100 мкм. На сетку нанесена пленочная маска (например, фоторезистивная), полученная с помощью фотолитографии и задающая требуемый рисунок. Минимальные размеры формируемых элементов (разрешающая способность) — сотни микрометров, что существенно больше, чем в тонкопленочной технологии, поэтому плотность элементов невысока. Трафарет выдерживает 400 ... 2000 циклов печати, после чего заменяется.

В гибридных микросхемах широко распространены пленочные резисторы с сопротивлениями от нескольких ом до единиц мегаом. Если требуется высокая плотность резисторов на подложке, применяют тонкопленочную технологию, если же необходима низкая стоимость микросхем, а плотность элементов не столь существенна — толстопленочную.

Уничтожение инжектированных носителей путем рекомбинации происходит за большое время, превышающее время жизни неосновных носителей. Если, не дожидаясь конца этого процесса, снова подать напряжения на затворы элемента, то оставшиеся носители собираются потенциальной ямой, что недопустимо. Таким образом, быстродействие устройства оказывается низким. Кроме того, расстояние между соседними ячейками должно быть больше диффузионной длины неосновных носителей. Иначе часть инжектированного из ячейки заряда будет собираться соседними ячейками, что ухудшит разрешающую способность ФПЗИ. По этой причине приборы, созданные на однородной подложке, имеют недостаточно высокую плотность элементов.

Эти недостатки устранены в ФПЗИ, содержащих тонкий эпитаксиальный слой, созданный на подложке противоположного типа проводимости. Образующийся при этом р-п переход, на который подается обратное напряжение, служит коллектором неосновных носителей. Инжектированные носители экстрагируются р-п переходом за время порядка среднего времени их диффузии через эпитаксиальный слой. Расстояние между элементами можно уменьшить до значения, равного толщине эпитаксиального слоя. Таким образом, повышается плотность элементов и быстродействие.

Для измерения параметров ИМ, учитывая их функциональную сложность и высокую плотность элементов, применяются, .как правило, измерительные комплексы, совмещенные с ЭВМ. Блок-схема и временная диаграмма обслуживания одного из таких комплексов показаны