Сопротивления полупроводника

Как уже указывалось, современное развитие полупроводниковой технологии, с одной стороны, расширяет возможности^ построения МЭА, а с другой — ставит перед разработчиками комплексной микроэлектронной аппаратуры задачи, связанные с необходимостью нового подхода к конструированию таких устройств. Вопросы плотности установки БИС, число выводов которых увеличивается, снижения емкости, индуктивности и сопротивления подводящих выводов, отвода теплоты, совместимости материалов должны быть решены одновременно с решением проблем в области проектирования и производства ИМС. В противном случае переход к субмикронной технологии ИМС не приведет к значительным практическим успехам в конструировании МЭА.

Вычислим активное и реактивное сопротивления подводящих шин закалочного индуктора, изображенного на 4-2, конструкция которых может считаться характерной. Индуктор присоединяется с помощью подводящих шин и колодок ко вторичной обмотке понижающего (закалочного) трансформатора (см. § 10-2), более широкой, чем индуктор. Поэтому шины (см. 4-2) делаются расширяющимися от индуктора к обмотке. При такой их форме понижается как активное, так и реактивное сопротивление и улучшается распределение тока в самой вторичной обмотке трансформатора. Шины могут быть разбиты на участки, имеющие прямоугольную и трапецеидальную форму. Расстояние между шинами для понижения их индуктивности делается малым, обычно 1,5—3 мм.

Найдем активное и реактивное сопротивления подводящих шин.

Эквивалентные электрические сопротивления условного одновиткового нагруженного индуктора ги, хи и ги находятся по формулам (6-10), причем активное и реактивное сопротивления подводящих шин гш и хш для печного индуктора не учитываются (гш = хш = 0).

Таким образом, приходим к выводу, что диапазон измеряемых одинарным мостом сопротивлений от 10 до 108 Ом ограничен снизу влиянием сопротивлений подводящих проводов и переходных контактов, а сверху — сопротивлением изоляции. Указанные значения границ 10 и 108 Ом являются условными. Они справедливы лишь при введенных выше допущениях. Существуют приемы, позволяющие расширить значения указанных границ. Например, область измеряемых одинарным мостом малых сопротивлений можно расширить путем перехода к четырехзажимной схеме включения измеряемого сопротивления ( 11.9). Схема строится так, чтобы сопротивления подводящих проводов в первое плечо моста /? не входили, а входили в цепи, где их влияние не очень/ заметно. На 11.9 R^ и RIU включены в диагонали питания и нагрузки. В уравнение равновесия они не входят и погрешность в резуль-

Рассмотрим расчет трехфазной цепи при соединении приемников энергии треугольником с учетом сопротивления подводящих проводов ( 12-23). Этот расчет

Эта схема непригодна для измерения малых сопротивлений, поскольку сопротивления подводящих проводов и переходные контакты оказываются включенными последовательно с измеряемым сопротивлением Rx, вызывая систематические погрешности. Схема, показанная на 12.2,6, позволяет исключить влияние сопротивления подводящих проводов и переходных сопротивле*

11-5. Схема четырехплечего моста, учитывающая сопротивления подводящих >'„ и монтажных гм проводов, щеток /•щ коммутирующего устройства и переходные сопротивления контактов.

Балансные плечи присоединяются к потенциальным зажимам бив измеряемого сопротивления, а источник тока Е подключается к токовым зажимам а и г (четырехзажимное включение). Это дает возможность при измерении исключить влияние сопротивления подводящих проводов и контактов, соединяющих плечи моста с Rx.

Сантиметровый диапазон волн. Конструктивно циркуляторы сантиметровых воли чаще всего выполняются нанесением иа ферритовую подложку металлического покрытия, образующего проводники подводящих линий и центральную область. Подмагиичивается с помощью специальной магнитной системы только центральная область, поэтому приближенно можно считать, что ед = еф1 а цд=1. Численный анализ уравнений (3.276, 3.27в) приводился [32] для длин воли Я=3, 4 и 5 см и феррита марки 10СЧ6. Значения относительной иамагиичеииости насыщения Р соответственно равны 0,476, 0,634, 0,79. Обращаясь к 3.17, .приходим к выводу, что решения, лежащие в областях Ог??/цг?0,25 и 0,34=^A/n=^0,6 ветви I и Osg?/nsgO,6 ветви II, соответствуют работе иа ненасыщенном феррите иа волнах 4 и 5 см и в части тех же областей при A/jiss;0,476 — иа волне 3 см. Для этих значений параметра гиротропии рассчитывались углы связи ф, радиусы ферритового диска R, а также значения высоты подложки и соответствующие им волновые сопротивления подводящих МПЛ (см. 3.18). Отсутствие зависимости ф от длины волны объясняется тем, что получение значений ?/ц и ц., нужных для выполнения условий циркуляции, при работе до насыщения обеспечивается одним и тем значением относительной иамагиичеиности ро. Это значение ро иа разных длинах воли, естественно, достигается при разных внешних полях подмагиичиваиия, т. е. при разной степени насыщенности феррита q—polp (штриховая линия иа 3.18,а). Чем ближе феррит к насыщению, тем меньше вклад в магнитные потери за счет эффекта слабых полей, поэтому предпочтительнее циркуляторы, реализуемые при больших q.

Как видно из 3.18,а, для решений, соответствующих ветви II, угол связи слабо зависит от А/ц и равен примерно ф= 13... 14°, поэтому в цирку-ляторах, реализующих эти решения, волновые сопротивления 2„ подводящих МПЛ также слабо зависят от параметра гиротропии. Решения, соответствующие ветви I, обеспечиваются при более сильной зависимости tf и fo от й/ц. Так как для малых значений параметра гиротропии (?/Лг~;0,25) требуются большие углы связи (i;>22°), чем для больших значений (?/ji»0,3, if<7°), при одной и той же высоте устройства волновые сопротивления подводящих линий будут меньше при малых k/ц и больше при больших (для МПЛ 10... 20 Ом и 20 ...40 Ом соответственно, 3.18,6).

о частотой, равной сумме их частот, и амплитудой, определяемой интегралом по времени от произведения сигналов, поступающих в устройство. Такое преобразование эквивалентно свертке входных сигналов в реальном масштабе времени. Для перемножения сигналов могут использоваться как механизм внутренней нелинейности, возникающий в процессе взаимодействия акустических волн в пьезоэлектрическом кристалле, так и внешние нелинейные элементы (полупроводниковые элементы). Устройство типа конвольера можно использовать в корреляторах, системах приема и преобразования оптических изображений. В частности, для получения электрического сигнала построчной развертки изображения можно использовать нелинейные емкостные эффекты, вызываемые нормальной к поверхности компонентой высокочастотного поля. Может быть использован также пьезорезистивный эффект, приводящий к изменению потерь акустической волны в результате изменения сопротивления полупроводника под действием деформаций, сопровождающих акустическую волну.

В чистых полупроводниках концентрация носителей заряда — свободных электронов и дырок — составляет лишь 101в—1018 на 1 см3 вещества. Для снижения удельного сопротивления полупроводника и придания ему определенного типа электропроводности — электронной при преобладании свободных электронов или дырочной при преобладании дырок — в чистые полупроводники вносят определен-

Полупроводниковым резистором называют полупроводниковый прибор с двумя выводами, в котором используется зависимость электрического сопротивления полупроводника от напряжения, температуры, освещенности и других управляющих параметров.

Терморезистор — полупроводниковый резистор, в котором используется зависимость электрического сопротивления полупроводника от температуры.

сопротивления полупроводника и геометрических размеров резисторов. Сопротивления резисторов обычно не превышают нескольких килоом. В качестве более высокоомных резисторов иногда используют входные сопротивления эмиттерных повторителей, которые могут достигать десятков и даже сотен килоом. Температурная стабильность таких резисторов удовлетворительна во всем рабочем диапазоне. Отклонение сопротивления резистора от номинального составляет ±20% и более.

Управляемую емкость можно создать и в так называемом МДП-конденсаторе, состоящем из слоя металла, отделенного от полупроводника слоем диэлектрика. Подбором удельного сопротивления полупроводника можно добиться многократного изменения емкости.

1. Фоторезисторы — полупроводниковые приборы, действие которых основано на использовании фоторезистивного эффекта (внутреннего фотоэффекта), т. е. изменения электрического сопротивления полупроводника в результате поглощения излучения.

Для измерения деформаций применяются полупроводниковые приборы — тензометры, в основу работы которых положен тензо-эффект. Этот эффект заключается в том, что при приложении давления к полупроводнику с кристаллической структурой происходит изменение его удельной проводимости. Это изменение характеризуется тензочувствительностью т, равной пг= (Др/р)/(Д///), где Др/р — относительное изменение удельного сопротивления полупроводника; Д/// — относительная деформация полупроводника. Тензометры делятся на два типа: тензорезисторы и тензоди-оды. Полупроводниковый прибор, величина сопротивления которого меняется при деформации, называется тензорезистором (табл. 10.1).

где А — коэффициент, зависящий от удельного сопротивления полупроводника и размеров рабочего тела; В — коэффициент температурной чувствительности, определяемый свойствами полупроводника; Т — температура, К.

фотоэффектом. Внутренний фотоэффект сопровождается уменьшением сопротивления полупроводника. Изменение сопротивления полупроводника под действием квантов света называют фоторезистивным эффектом.

трехзондовой схемы измерения не требуется, чтобы зонды были идентичными. Существует, однако, несколько причин, по которым сопротивление реальной структуры металл — полупроводник может отличаться от сопротивления растекания идеализированной структуры. Из-за разности работ выхода полупроводника и металла в приконтактной области полупроводника существует обедненный или обогащенный слой, который влияет на сопротивление структуры. Обычно контакт металл — полупроводник неомичен, и при протекании через него электрического тока сопротивление контакта возрастает за счет сопротивления обратносмещенного запирающего слоя или уменьшается вследствие инжекции носителей заряда при прямом смещении. Из-за малой площади контакта электрическое поле в приконтактной области может быть достаточно большим, что приводит к уменьшению подвижности носителей заряда. По этой же причине может происходить заметный электрический нагрев приконтактной области, сопровождающийся изменением удельного сопротивления полупроводника и образованием термо-ЭДС. Перечисленные явления нарушают основные предположения об однородности полупроводника и омичности контакта, с учетом которых проведено вычисление сопротивления растекания. Поэтому трудно ожидать, что реальное сопротивление растекания структуры будет достаточно точно соответствовать значению (1.22).