Читать онлайн «Электроника в вопросах и ответах». Страница 30

Рис. 5.12. Условное графическое обозначение запираемого тиристора с управлением по аноду (а) и катоду (б)

Это тиристор с двумя управляющими электродами: анодным и катодным. Структура тетродного тиристора и его графическое изображение представлены на рис. 5.13. Анодный управляющий электрод может быть использован как для включения, так и для выключения тиристора.

Рис. 5.13. Структура тетродного тиристора (а) и его условное графическое обозначение (б)

Для включения необходимо подать на управляющий электрод импульс отрицательной полярности, для выключения положительной. Тетродный тиристор часто называют кремниевым управляемым переключателем. Достоинством тетродных тиристоров является меньшее время выключения (около 1—30 мкс), чем у триодных тиристоров. Выпускаемые в настоящее время тетродные тиристоры работают при токах до нескольких сотен миллиампер при рассеиваемой мощности до 0,5 Вт. Вольт-амперные характеристики обоих типов тиристоров имеют одинаковый вид.

Это симметричный тиристор с одним управляющим электродом, который может быть включен как при положительном, так и при отрицательном напряжении смещения анода с помощью положительного или отрицательного импульса, поданного на управляющий электрод. Вид характеристики симистора и его графическое изображение представлены на рис. 5.14.

Рис. 5.14. Вольт-амперная характеристика симистора (а) и его условное графическое обозначение (б):

1 — отрицательный и 2 — положительный второй анод

Тиристоры широко применяются в управляемых выпрямителях, стабилизаторах напряжения (см. гл. 6) в качестве переключателей, выключателей и основных элементов в технике автоматического регулирования.

Это тиристор с одним управляющим электродом и окошком в корпусе, позволяющим освещать один из переходов в р-n-р-n структуре. Включение фототиристора зависит как от тока управляющего электрода, так и от падающего через окошко света. Фототиристоры находят широкое применение в схемах регулирования и логических схемах.

Определение «микроэлектроника» охватывает область электроники, занимающуюся проектированием и изготовлением интегральных микросхем, позволяющих значительно уменьшить (в несколько сотен или даже тысяч раз) размеры электронных устройств.

Это схемы, содержащие в виде одного электронного микроузла ряд основных элементов (резисторы, конденсаторы, диоды, транзисторы), изготовленных в едином технологическом цикле и образующих соответствующую электронную схему, выполняющую запланированную и определенную функцию, например усилителя, генератора, триггера, логической схемы, и имеет определенные технические параметры. Составляющие элементы электронной схемы и их межсоединения изготавливаются внутри (в объеме), либо на поверхности общей подложки и образуют неразъемное целое. Интегральная микросхема как микроузел предназначена для непосредственного монтажа в электронных устройствах и образует вместе с корпусом небольшую «таблетку» прямоугольной формы (рис. 5.15) с выводами для пайки. В зависимости от технологии и назначения интегральная микросхема эквивалентна электронной схеме, содержащей обычно от единиц до нескольких сотен и более отдельных (дискретных) пассивных и активных элементов.

Рис. 5.15. Внешний вид интегральной микросхемы

Интегральные микросхемы, содержащие до 100 пассивных и активных элементов[16], принято называть схемами средней степени интеграции (англ. MSI), а схемы, содержащие свыше 100 элементов, — большой степени интеграции. Существуют также схемы с малой степенью интеграции, содержащие небольшое количество элементов. Например, типичная схема БИС содержит несколько сотен элементов, выполненных на пластинке размерами (без корпуса) 1,5х3 мм.

Применение интегральных микросхем вместо схем, состоящих из дискретных элементов, дает ряд преимуществ, из которых важнейшими являются: уменьшение габаритных размеров (миниатюризация) и массы устройства, увеличение надежности, снижение стоимости изготовления устройств и уменьшение потребления материалов. Введение интегральных микросхем позволило разработать устройства, изготовление которых при использовании дискретных элементов было бы вообще невозможным или неэкономичным.

Применение интегральных микросхем создает также и некоторые неудобства. Ограниченный выбор типов этих схем иногда вынуждает разработчиков «подгонять» свои решения к существующим интегральным микросхемам. Интегральные микросхемы создают также некоторые трудности при монтаже, в частности при пайке. Они крайне чувствительны к искрениям и коротким замыканиям в схеме.

Существуют четыре типа интегральных микросхем, отличающихся технологией изготовления и свойствами: полупроводниковые, тонкопленочные, толстопленочные, гибридные. Наиболее распространены полупроводниковые интегральные микросхемы.

Интегральные микросхемы можно разделить на две группы с точки зрения условий работы содержащихся в них элементов: цифровые интегральные микросхемы и аналоговые интегральные микросхемы (часто называемые линейными интегральными микросхемами). В цифровых схемах активные элементы выполняют роль переключателей, которые могут принимать два крайних состояния: отпирания и запирания (или включения и выключения). В аналоговых схемах произвольный входной сигнал (в определенном интервале линейной работы) вызывает соответствующий выходной сигнал. К цифровым схемам относятся триггеры, к линейным — усилители.

Это интегральные микросхемы, все пассивные и активные элементы которых изготовлены в одной пластинке полупроводника (монокристалле кремния). Большую часть пластинки по толщине составляет подложка, и только в тонком приповерхностном слое находятся элементы схемы и соединения между ними, созданные методом диффузионно-планарной технологии. Такая технология позволяет создать в пластинке полупроводника (кремния) области с разным типом проводимости (р и n), а также соединения этих областей с металлическими контактами. Области с разным типом проводимости образуют переходы, выполняющие функции резисторов, конденсаторов, диодов, транзисторов. Тип проводимости определяется концентрацией примеси. Избыток доноров дает область с проводимостью типа n, избыток акцепторов — область с проводимостью типа р. Процесс изменения типа проводимости путем добавления примесей называется компенсацией.

Атомы примесей вводятся в полупроводник через поверхность с помощью диффузии, например путем помещения полупроводника в смесь паров с атомами примеси при достаточно высокой температуре. Возможно проведение даже тройной диффузии, при которой получают трехслойную структуру, содержащую два перехода; наиболее глубокой является первая диффузия. Ограничение областей, в которых путем диффузии примесей получают изменение типа проводимости, осуществляется с помощью слоев двуокиси кремния, предохраняющих от диффузии участки, покрытые таким слоем. Слой двуокиси кремния на пластинке создается окислением поверхности пластинки при высокой температуре. Вскрытие определенных участков (так называемых окошек) в слое окисла для проведения диффузии осуществляется растворением окисла в плавиковой кислоте. В процессе удаления слоев окисла с определенных участков поверхности пользуются фотомасками, облучаемыми ультрафиолетовыми лучами. Участки полупроводника, покрытые светочувствительной эмульсией и не засвеченные через маску (шаблон), образованную системой прозрачных и непрозрачных участков, вытравливаются. Этот процесс называется фотолитографией.

Слой окисла используется также для защиты поверхности полупроводника после окончания производственного процесса от загрязнений и влияния окружающей среды. Это — пассивация поверхности.