Трансформатор

Басқарлатын p-n өткелді транзисторлар

Басқарылатын p-n өткелді өрістік транзистор – кері бағытта жылжытылған p-n өткелінен бөлектенген бекітпелі өрістік транзистор.

Осындай транзистор негізгі электр тасымалдаушылардың басқарылатын тогы өтетін аймақтың екі түзетпейтін түйісулерге және кері бағыттта жылжытылған бір немесе екі басқарушы электронды кемтіктік өткелдерден тұрады. p-n өткелде кері кернеуді өзгерткенде оның қалыңдығы, яғни негізгі заряд тасымалдаушылардың басқарылатын тогы өтетін аймақтың қалыңдығы өзгереді. Қалыңдығы мен бүйір қимасы  басқарылатын p-n өткелінің сыртқы кернеуімен басқарылатын және негізгі тасымалдаушылардың басқарушы тогы өтетін аймақ канал деп аталады. Негізгі тасымалдаушылары каналға кіретін электрод бастау деп аталады. Негңзгң тасымалдаушы зарядтары каналдан шығатын электрод  ағын деп аталады. Каналдың бүйір қимасын өзгертетін электрод бекітпе деп аталады. Ағын тогын, яғни жүктеме тізбегіндегі салыстырмалы қуатты сыртқы қорек көз тогын, басқару бекітпенің p-n өткеліндегі кері кернеуді өзгерткенде жүзеге асады. Кері токтың аздығына байланысты ағын тогынбасқаруға қажет және бекітпе тізбегіндегі сигнал көзін қоректендіруге қажет қуат өте аз болады. Сондықтан өрістік транзистор электромагнитті тербелістерді қуаты, тогы және кернеуі бойынша күшетумен қамтамасыз ете алады.

Осылайша өрістік транзистор әрекет ету принципі бойынша вакуумды триодқа ұқсас. Өрістік транзистордың бастауы вакуумдық триодтың катодына , бекітпе – торға, ағын – анодқа ұқсас. Бірақ өрістік транзистор вакуумдық диодтан өте қатты ерекшеленеді. Біріншіден, өрістік транзистордың жұмыс жасауы үшін катодты қыздыру қажет емес. Екіншіден, бастау мен ағынның кез келген фунциясын осы электродтардың әрқайсысы орындай алады. Үшіншіден, өрістік транзисторларды n каналмен және p- каналмен жасауға болады. Ол өрістік транзистордың бұл екі түрін сұлбада сәйкестендіруге қолайлы.

Өрістік транзситордың биполярлы транзистордан айырмашылықтары:

Біріншіден, әрекет ету принципі бойынша: биполярлы транзисторда кіріс сигналын кіріс тогы, ал өрістік транзисторда кіріс кернеуі немесе электр өрісі басқарады. Екініден, өрістік транзиторлар үлкен кіріс кедергілерге ие, ол қарастырып отырған өрістік транзистордың бекітпесіндегі p-n өткелін кері жылжытумен байланысты. Үшіншіден, өрістік транзисторлар шуылдыі төмен деңгейіне ие. Биполяр транзистордың базасында және p-n өткелінде тасымалдаушылардың кері комбинациялау процессіғ және жартылай өткізгіштің кристалының бетіндегі генрациялы –рекомбинациялы процессі төмен жиілікті шуылдарға ие болады.

Транзисторларды құрғаннан кейінэлектрониканың дамуы, оның негізгі есептерін шешуэлектронды құрылғылар мен құралдарды жасау технологиясының жетілдендіруге алып келді. 1957 жылы жартылай өткізгіш құралдарын жасаудың планарлық технологиясы ойлап табыоһлды.

Планарлық технология диффузионды технологияға, маскілеу және фотолитография оксидіне негізделген. Бұл – жартылай өткізгіш құралдарды интегралды әдіспен жасаудың электроникадағы екінші технологиялық революция. 1961 жылы планарлы технология көмегімен жартылай өткізгішті сала салудың тек бір жағында бірінші электрлі байланысты кремнийлі интегралды микросұлбалар алынды. Планарлы технология кристалда элементтерді бір-бірінен бөлектеуге көмектесті.

Планарлы технологиямен қатар тұтқындау технологиясы сұлба элементтерін ондаған мкм-ден бірлік мкм-ге дейін кемітуге мүмкіндік берді дәне элемент аралық байланыстардың сенімділік мәселесін шешті. Бұл микроэлектрониканың дамуына алып келді. Микроэлектроника – микроминиатюрлі интегралдық орындаудың электронды функционалды құрылғыларын зерттеумен, байланыстырумен, құрастырумен және қолданумен байланысты электрониканың бір аймағы.

Микроминиатюрлеу – бұл тек құрылғының массасы мен көлемін кішірейту ғана емес, сонымен қатар жаңа физикалық құбылыстарға негізделген әрекет ету принципі. Интеграция – берілген көлемде белгілі бір мөлшердегі элементтерді біріктіру, осы элементтерді құрастырудың жаңа технологиялық әдістері бойынша бір микросұлбаға біріктіру.

Қазіргі уақытта интегралды микросұлбалар электронды құрылғылардың негізі болып табылады.

Микроэлектрониканың дамуын бес кезеңге бөлуге болады. Олар бір бірінен интеграция деңгейімен сипатталатын интегралды микросұлба қиындығымен ерекшеленеді. ИМС-тің интеграция деңгейі оның кристалындағы элементтер мен компоненттер санымен анықталады.

Микроэлектрониканың басқа техника салаларына негізі артықшылығы – құрастырудың группалық әдісі. Микроэлектроникадағы бірлік көптеген чип элементтерінен тұратын жартылай өткізгіш пластина болып табылады. Құрастырудың бағасын кеміту электронды компоненттер өлшемін кішірейтуді талап етеді. Осылайша, тек бір пластина құралдарының  шығыстары ғана өспейді, сонымен қатар олардың жұмыс істеу сенімділігімен қатар құралдардың тез әрекет етуі артады.

60-шы жылдардың басынан, бірінші интегралды микросұлбалардың шығу кезінен, транзистор өлшемдері 1 мкм-ден микронның бірнеше ондық бөліктеріне дейін азайды. Жиырмасыншы ғасырдың соңғы ширегінде  әр бір жарым жыл сайын микросұлбадағы транзисторлар саны екі есе артып отырды. Транзисторлардың артуының осындай жылдамдығы жаңа жүзжылдық басында гигромасштабты сұлбаға келу керек едік. Осындай масштабтағы интеграция жаңа шешімдерді талап етеді.

Осылайша, микроэлектрониканың неізгі тенденциясы интегралды микросұлбалардың интеграциясының дәрежесінің артуы болып табылады. Бұл тендецияның дамуының жолында бөгеуілдер бар. Егер 1,0…0,1 диапазоны күрделі технологиялық бөгеуіл болса, онда элементтердің сызықты мөлшер 0,1… -0,05мкм диапазоны – фундаменталды физикалық бөгеуіл, шұғыл өзгереді, ал мысалдар мен үйреншіктк теорялық модельдер өз күшін жоғалтады. Интегралды микросұлба өлшемдерінің бірнеше деңгейде кішіреюі оның жартылай өткізгіш элементтерінің жұмыс принципін өзгертеді. Кванттық эффекттар  ерекшелене бастайды, ал өткізгіш физикасы электронды толқындардың кванттық-механикалық интерференциясымен анықталады.

Наноэлетроника – микроэлектрониканың логикалық дамуы. Қатты ақпараттық құралдар микордан нанометрлік мөлшерге дейін кемиді. Наноэлектроника электромагнитті өріспен электрондардың әрекеттсу процессі мен физикалық көріністері зерттелетін электрониканың бір бағыты.  Кваннты наноэлектроника құралдарында ақпарат тасушылар рөлін электронның толқындық функциясы ойнайды.

Электрониканың дамуында бес кезең бар:

Бесінші – интегралды микросұлбалардың пайда болуы және микорэлектроникаға ауысуы.

Жартылай өткізгіш диод түрлері өте көп. Олар класс бойынша, қасиеттерібойынша, қолдану мақсаты және т.б. бойынша бөлінеді. Әр түрлі функцияларды орыедауға арналған, бір бірінен құрамы бойынша ажыратылатын және төменгі немесе жоғарғы жиілікте жұмыс жасайтын түрлі жартылай өткізгіш материалдарынан жасалған диодтар болады. Құрылымына байланысты нүктелік және жазықтық диодтар болады. Нүктелік диодтардың p-n өткелінің ауданын анықтайтын сызықтық өлшемдері өткелдің қалыңдығына тең немесе одан да аз. Жазықтық диодтарында бұл өлшемдер өткел қалыңдығынан анағұрлым үлкен.

Нүктелік диодтар өткелің аз көлеміне ие және  сондықтан кез келген жиілікте қолданыла береді. Бірақ олар бір немесе ондаған милиампер токтарды өткізе алады. Жазықтық диодтар көлемі өткел ауданына байланысты ондаған пикофарадқа ие бола алады. Сондықтан оларды ондаған килогерцтен артық емес жиілікте пайдаланады, ал рұқсат етілген ток жүздеген амперға тең болады. Суретте нүктелік және жазықтық диодтар құрылымы көрсетілген. Түзеткіш диодтар. Атауынан көрініп тұрғандай олардың негізгі міндеті – ауыспал токты түзету. Бұд процесс радиоэлектроникада аса маңызды, себебі барлық дерлік құрылғылар тұрақты токпен қоректенеді, ал қысқаша айтқанда, розеткада ауыспалы кернеу болады. Тұрақты кернеу(тұрақты ток) – бұл уақыт бойынша полярлығы өзгенмейтін кернеу(ток). Ауыспалы кернеу үшін оның полярлығы анықталған заң бойынша уақыт интервалында минустан плюсқа өзгеріп отырады.  Анықталған заң бұл синус немесе косинус заңы , яғни уақыттың бір мезеттерінде кернеу полярлығы, мысалы, оң, ал келесі мезгілде теріс. Осылайша шексіздікке дейін. Негізі электроникада синус заңы бойынша өзгеру мынадай түрге ұқсас болады: u=Umsinωt+φ.

Розеткадағы кернеу синусоида заңы бойынша өзгереді, яғни ол ауыспалы. Бұл суретте көрсетілген. Бұны осциллограф экранынан бақылауға болады. Түзеткіш нүктелік диодтар жоғары жиілікте жұмыс істейді, бірақ төмен жиіліктеде жұмыс істей алады. Бұл диодтар көптеген құралдарды жұмыс істейді, сондықтан оларды әмбебап деп те атайды. Мұндай диодтар үшін жазықтық диодтарымен салыстырғанда үлкен емес тура ток тән болады.