Тема 5. Логические элементы

3 4 5 6 7 8 9

Литература: [3], c. 156 - 186;

[5], с. 243 - 264, 273 - 295;

[9], с. 412;

[14], с. 256.

Вопросы для самопроверки

1. Перечислите и опишите свойства простейших логических операций, выполняемых логическими элементами.

2. Опишите принцип действия элементов резисторно-транзисторной логики. Какую элементарную функцию выполняет элемент РТЛ?

3. Как реализуются логические функции И-НЕ и ИЛИ-НЕ в транзисторно-транзисторной логике?

4. Чем определяются входные токи ТТЛ-элемента при высоком и низком логических уровнях на входе?

5. Опишите работу логического элемента ТТЛ со сложным инвертором. Перечислите типы и особенности современных разновидностей ТТЛ-элементов.

6. Опишите принцип действия и характеристики И²Л-элементов. Как реализуются логические функции на таких элементах?

7. Как реализуются логические функции в схемах на переключателях тока (ЭСЛ)? Почему в схемах на ЭСЛ-элементах обеспечивается высокое быстродействие?

8. Опишите принцип действия логических элементов на МОП-транзисторных ключах с резистивной и динамической нагрузкой.

9. Как реализуются простейшие логические функции в КМОП-логических элементах? Как строятся логические элементы на КМОП-ключах коммутации?

10. Опишите принцип действия БиКМОП-логического элемента. Какие параметры удается улучшить при использовании этих элементов по сравнению с КМОП-логическими элементами?

11. Перечислите справочные параметры, характеризующие интегральные логические элементы. Что такое работа переключения?

12. Опишите основные разновидности интегральных триггеров. Приведите пример реализации записи информации в триггер.

13. Опишите основные разновидности (по выполняемым функциям) запоминающих устройств и элементную базу, на основе которой они могут быть реализованы.

14. Какую структуру имеют оперативные запоминающие устройства с произвольной выборкой? Опишите реализацию запоминающих ячеек на различных типах логических элементов.

15. Какие физические принципы, схемотехнические и технологические приемы используются для записи информации в интегральные микросхемы постоянных запоминающих устройств?

16. Как классифицируются интегральные микросхемы по степени интеграции? Что такое ИС на базовых матричных кристаллах и программируемые логические матрицы?

17. Какие физические и конструктивно-технологические ограничения препятствуют повышению степени интеграции? Как могут быть преодолены некоторые из этих ограничений?

18. Какие функции выполняет идеальный операционный усилитель? Приведите схему и характеристики инвертирующего усилителя на базе ОУ.

19. Опишите основные статические и динамические параметры реальных интегральных операционных усилителей. Как обеспечиваются точностные параметры ОУ?

20. В чем причины отказов интегральных микросхем? Проведите классификацию методов испытаний, используемых для отбраковки и определения показателей надежности ИС.

ВАРИАНТЫ И ЗАДАЧИ КОНТРОЛЬНОГО ЗАДАНИЯ

Каждый студент выполняет вариант задания (см. табл. 1), обозначенный последней цифрой его учебного шифра в зачетной книжке.

Таблица 1

Номер варианта	Номера задач

1. Основываясь на характеристиках кристаллической структуры типа алмаза, рассчитайте следующие параметры кремния:

а) число атомов, содержащихся в элементарной ячейке (единичном кубе);

б) атомный радиус структуры, полагая, что длина ребра элементарной ячейки кристалла кремния a ≈ 0,55 нм;

в) число атомов в 1 см³;

г) число атомов, приходящихся на единицу площади в кристаллических плоскостях (111), (100) и (110). Приведенные значения индексов Миллера характеризуют положение плоскостей в кристалле. Три указанные здесь плоскости существенны для технологии полупроводниковых приборов;

д) удельную плотность, положив, что атомная масса кремния равна 28.

2. Образец кремния n -типа, находящийся в состоянии термодинамического равновесия при температуре 300 К, характеризуется следующими параметрами: удельное сопротивление 5 Ом·см: подвижность электронов 1700 см²·В^–1·с^–1; подвижность дырок 700 см²·В^–1·с^–1; собственная концентрация носителей 1,4·10¹⁰ см^–3 и эффективная плотность уровней в зоне проводимости 10¹⁹ см^–3. Определите: а) концентрацию электронов и дырок; б) положение уровня Ферми; в) вероятность событий, состоящих в том, что донорный уровень занят и свободен. Известно, что Е_с – Е_d = 50 мэВ.

3. Имеется изготовленный из кремния р - n –переход, находящийся при температуре 300 К; р -область перехода легирована атомами бора (элемент III группы Периодической системы элементов) с концентрацией 1,5·10²¹ м^–3. Область n перехода легирована атомами фосфора (элемент V группы) с концентрацией 10²⁰ м^–3.

Вычислите:

а) высоту потенциального барьера U ₀, если U = 0; n_i = 1,5·10¹⁰ см^–3;

б) координаты границ обедненной области с каждой стороны перехода, если приложенное напряжение U = – 10В. Параметр ε_ап = 1,062·10^–12 Ф·см^–1;

в) барьерную емкость при напряжении – 10 В, если площадь поперечного сечения перехода 10^–8 м^–2;

г) напряжение лавинного пробоя U _прб.Считайте, что данное явление наступает при напряженности электрического noля E = 1,5·10⁷ В/м.

4. Имеется резкий p - n –переход, изготовленный из кремния и находящийся при температуре 300 К. сначала напряжение смещения отсутствует. Затем к переходу прикладывают такое отрицательное смещение, что ток через диод становится равным 1,5 мА. Концентрация легирующих примесей по обе стороны перехода составляет 10^–6 м². Вычислите время, за которое напряжение смещения возрастет до –10 В.

Указание: прежде всего найдите заряд, накопленный в диоде, смещенном напряжением –11 В, при известной высоте потенциального барьера.

Задано: см^–3; Ф/см.

5. Известно, что при Т = 300 К кремниевый диод pn ⁺-типа, т.е. с повышенным уровнем легирования n -области, имеет следующие параметры: W_p = 150 мкм; D_n = 21 см²с^–1; ; А = 10^–3см². Вычислите:

а) избыточную концентрацию электронов в p-области как функцию расстояния от плоскости перехода, считая, что ток I = 1,2 мА;

б) электрический заряд, накопленный в нейтральной p -области;

в) номиналы основных элементов эквивалентной схемы диода для малого сигнала при заданном токе I, т.е. дифференциального (динамического) сопротивления и диффузионной емкости.

6. Имеется солнечный элемент, который при освещении ведет себя подобно обычному кремниевому диоду при прямом освещении (U > 0). В темновом режиме при комнатной температуре параметры элемента таковы: I _нас = 3,5 нА; α = 1,5 [идеальный коэффициент использования]; A = 1,8 см²; r_i = 0,8 Ом (внутреннее сопротивление прибора). При освещении солнечного элемента в резистивной нагрузке проходит ток I _н = 36 мА. Определите:

а) напряжение U _x в режиме холостого хода (I = 0);

б) связь между сопротивлением нагрузки R _н и током I; положительным или отрицательным является данный ток?

в) значения величин I, U, и R _н, обеспечивающие максимальную мощность в нагрузке, а также саму эту мощность;

г) коэффициент насыщения вольт – амперной характеристики солнечного элемента;

д) выходное напряжение при R _н = 2 R _н _m и R_н = 0,5R_н _m.

7. а) Вычислите плотность заряда Q_ss, возникающего на границе раздела SiO₂ – Si в некоторой МОП-структуре, имеющей алюминиевую металлизацию, подложку р -типа, концентрацию акцепторов N_a = 1,2·10¹⁶ см^–3 и толщину оксидного слоя 0,15 мкм. Известно, что напряжение плоских зон составляет –2,3 В.

б) К затвору МОП-конденсатора, рассмотренного в п. а), приложено отрицательное напряжение в несколько сотых долей вольт; прибор находится при достаточно высокой температуре. Определите плотность заряда Q_B, связанного с обедненной областью, а также плотность подвижного заряда Q_n, вытесненного на поверхность, если напряжение плоских зон составляет в данном случае – 1,3 В. Исходные данные: ε₀ = 8,85·10^–14 Ф/см; ε_ок = 4; U_T = 0,026 В; n_i = 1,5·10¹⁰ см^–3; q Ф_мок = 3,2 эВ; = 3,25 эВ.

8. Идеальный МОП-конденсатор имеет слой оксида SiO₂ толщиной 0,15 мкм и подложку из кремния p-типа с концентрацией акцепторов 1,5·10¹⁶ см³. Вычислите удельную емкость в случаях: а) U _з = 2 В; f = 1 Гц; б) U _з = 20 В; f = 1 Гц; в) U _з = 20 В; f = 1 МГц.

Исходные данные: ; ;

9. Имеется идеальный МОП-конденсатор с кремниевой подложкой p -типа и концентрацией N_a= 1,5·10¹⁵см^–3. Диэлектрический слой SiO₂ имеет толщину 150 нм. Алюминиевый затвор характеризуется параметром Ф_мп = –0,9 В. Плотность заряда на границе раздела Кл/см². Вычислите максимальную толщину обедненной области W_max, емкость, обусловленную диэлектриком, заряд в обедненной области (Q_s = Q_B), пороговое напряжение, минимальную емкость, а также пороговое напряжение с учетом влияния напряжения плоских зон.

10. Полевой МОП-транзистор с каналом р -типа работает в режиме обогащения и имеет следующие параметры: Z = W = 55 мкм; L = 7мкм; х _ок = 0,1 мкм; U _пор = –1 В; = 4; = 190 см²

а) Вычислите ток I_c, сопротивление канала r_c = l/ g_c и крутизну S, если прибор работает в линейном режиме при напряжениях U _з = 3 В и U_c = 0,1 В.

б) Определите значения I_c _нас и S _нас, считая, что транзистор работает при напряжениях U _з = – 4 В и U_c = – 5 В.

11. Полевой транзистор с управляющим p - n –переходом и каналом n -типа имеет следующие параметры: см^-3; см^-3; а = 1,5 мкм; L = 12 mkm; Z = 400 мкм. Вычислите:

а) толщину канала (2 а – 2 h)в тех случаях, когда заземленным электродом оказывается сток, исток или затвор;

б) сопротивление канала в случаях, указанных в п. а);

в) напряжение отсечки U _отс;

г) напряжение насыщения U_с _нас при заземленном истоке и напряжении U _з = –1 В;

д) ток насыщения I_с _нас при U _з = -1 В и U_с = 3 В.

Исходные данные: = 12; = 1350 см²

12. Для некоторого транзистора типа р - n - р задано: I_p _Э = 1,5 мА; I_п _Э = 0,015 мА; I_p _К = 0,985 мА; I_п _К = 0,001 мА. Вычислите: а) статический коэффициент передачи тока базы; 6) эффективность эмиттера, или коэффициент инжекции; в) ток базы и коэффициент передачи тока в схемах ОБ и ОЭ; г) значения тиков I _КБ0 и I _КЭ0; д) значения β и I _Б, если I_р _К = 0,99 мА; е) значения β и I _Б, если I_р _К = 0,99 мА и I_n _Э = 0,005 мА. Как изменятся значения β и I _Б, если ток I_n _Э увеличится?

13. Два биполярных транзистора типа р-п-р отличаются тем, что толщина базы одного из них составляет 0,8 толщины базы другого. Найдите разницу напряжений база–эмиттер первого и второго транзисторов при одинаковых токах.

Указания: 1) предположите, что эффективная толщина базы значительно меньше диффузионной длины; 2) считайте, что рекомбинации носителей в базе не происходит; 3) положите, что ток I _э складывается из тока I ₁ (инжектируемого из эмиттера в базу) и тока I₂ (инжектируемого из базы в эмиттер); 4) считайте, что концентрация примесей в базе существенно меньше, чем в эмиттере, и что переход эмиттер–база можно заменить простым диодом.

14. Кремниевый транзистор типа п⁺-р-п имеет эффективность эмиттера 0,995, коэффициент переноса через базу 0,98, толщина нейтральной области базы 0,51 мкм. Заданы значения концентрации примесей:

а) Определите предельное напряжение на эмиттере, при котором прибор перестает быть управляемым и наступает явление пробоя.

б) Учитывая, что частота отсечки зависит от времени пролета неосновных носителей через область базы, вычислите частоту отсечки транзистора в схемах ОБ и ОЭ, если

15. В кремниевую пластину, легированную атомами бора с концентрацией 1,5·10¹⁵ атомов/см³, диффундирует мышьяк. Процесс ведут при температуре 1100°С в течение 3 ч. Коэффициент диффузии D = 5,5·10^–14 см²·с^–1.

а) Получите выражение, которое описывает конечное распределение концентрации атомов мышьяка, если концентрация примесей на поверхности постоянна: N ₀ = 4·10¹⁸ см^–3.

б) Определите глубину, на которой возникает р - n -переход.

Указание: так как при температуре 1100 С значение n_i = 6·10¹⁸ см^‑³ > N ₀, то профиль легирования отвечает процессу «внутренней» диффузии из неограниченного источника. На основании свойств дополнительной функции ошибок (erfc) из равенства N (x, t)/ N ₀ = 2,5·10^–4 следует, что x _п_e_р/[2(Dt)^1/2] = 3.

16. Проводится диффузионная обработка участка кремния, на котором предполагается разместить ИС. Для этого на поверхность эпитаксиального слоя n-типа, имеющего концентрацию доноров N_d = 1,2·10¹⁶см^–3, наносится акцепторная примесь с поверхностной плотностью . Образец помещают в диффузионную печь на 1 ч; коэффициент диффузии при температуре в этой печи .

а) Покажите, что функция x = f(N(x,t)), которая описывает профиль распределения концентрации в глубь кристалла, имеет вид

б) Найдите значение х _пер – глубину, на которой возникает переход, т. е. где концентрация доноров становится равной концентрации диффундирующей примеси.

Указание: известно, что если , то

17. а) Подсчитайте время, которое потребуется для создания на кремниевой пластине оксидного слоя толщиной 250 нм при оксидировании в атмосфере водяного пара при температуре 950 °С. Константы оксидирования: мкм; мкм²/ч. Начальное время оксидирования = 0.

б) На кремниевой пластине, рассмотренной в п. а), вытравлено окно для диффузии бора. Затем пластина на 1,5 ч помещена в атмосферу сухого кислорода при температуре 1200°С. Определите толщину оксидного слоя на окне, если х_i = 20 нм, а также толщину слоя на поверхности исходной пластины, если х_i = 200 нм. Известно, что при температуре 1200°С константы оксидирования: мкм; мкм²/ч.

18. Вычислите сопротивление пленочного резистора и емкость конденсатора при следующих условиях:

а) Пленочный резистор представляет собой кремниевую пластину толщиной 0,00256 см, равномерно легированную фосфором с концентрацией 1,1·10¹⁷ см^–3 и бором с концентрацией 5,2·10¹⁶ см^–3. Воспользуйтесь тем, что сопротивление пленки (Ом/⁪)

где – удельное сопротивление материала; l – длина, A – площадь поперечного сечения, x_i – толщина пластины. Положите, что

б) Конденсатор образован кремниевым p-n–переходом. Концентрация акцепторов, равная 10¹⁶см^–3, значительно меньше концентрации доноров. Площадь обкладок конденсатора А = 129 мкм². К конденсатору приложено обратное напряжение 1,5 В.

19. Для изготовления кремниевого транзистора типа n - р - n используется планарно – диффузионная технология без скрытого слоя. Какие операции необходимо выполнить в рамках данного технологического цикла? Перечислите по крайней мере пять последовательных этапов. Кремниевая пластина р -тина имеет толщину 0,127 – 0,152 мм и удельное сопротивление 15 Ом·см. Толщина эпитакеиального слоя 0,027 мм, толщина оксидного слоя 55 нм.

20. Имеется кремниевый транзистор типа р⁺-п-р с параметрами: W = 1,5 мкм; А = 3,3 мм²; ; ; Напряжение пробоя в схеме ОЭ Вычислите:

а) толщину нейтральной области W _бв базе;

б) концентрацию p_n (0) для неосновных носителей около перехода эмиттер – база;

в) заряд Q _бнеосновных носителей в области базы;

г) составляющие токов

д) и

е) эффективность эмиттера, коэффициенты передачи тока в схемах ОБ и ОЭ;

ж) объясните, как можно улучшить параметры и ;

з) напряжение в схеме ОЭ, считая, что a = 5.

Положите, что n_i = 1,45 .

21. Основываясь на характеристиках кристаллической структуры типа алмаза, рассчитайте следующие параметры кремния:

а) число атомов, содержащихся в элементарной ячейке (единичном кубе);

б) атомный радиус структуры, полагая, что длина ребра элементарной ячейки кристалла кремния a ≈ 0,53 нм;

в) число атомов в 1 см³;

д) удельную плотность, положив, что атомная масса кремния равна 26.

22. Образец кремния n -типа, находящийся в состоянии термодинамического равновесия при температуре 300 К, характеризуется следующими параметрами: удельное сопротивление 5,5 Ом·см: подвижность электронов 1500 см²·В^–1·с^–1; подвижность дырок 550 см²·В^–1·с^–1; собственная концентрация носителей 1,2·10¹⁰ см^–3 и эффективная плотность уровней в зоне проводимости 10¹⁹ см^–3. Определите: а) концентрацию электронов и дырок; б) положение уровня Ферми; в) вероятность событий, состоящих в том, что донорный уровень занят и свободен. Известно, что Е_с – Е_d = 50 мэВ.

23. Имеется изготовленный из кремния р - n –переход, находящийся при температуре 300 К; р -область перехода легирована атомами бора (элемент III группы Периодической системы элементов) с концентрацией 1,3·10²¹ м^–3. Область n перехода легирована атомами фосфора (элемент V группы) с концентрацией 10²⁰ м^–3.

Вычислите:

а) высоту потенциального барьера U ₀, если U = 0; n_i = 1,2·10¹⁰ см^–3;

в) барьерную емкость при напряжении – 12 В, если площадь поперечного сечения перехода 10^–8 м^–2;

г) напряжение лавинного пробоя U _прб.Считайте, что данное явление наступает при напряженности электрического noля E = 1,2·10⁷ В/м.

24. Имеется резкий p - n –переход, изготовленный из кремния и находящийся при температуре 300 К. сначала напряжение смещения отсутствует. Затем к переходу прикладывают такое отрицательное смещение, что ток через диод становится равным 1,22 мА. Концентрация легирующих примесей по обе стороны перехода составляет 10^–6 м². Вычислите время, за которое напряжение смещения возрастет до –10 В.

Задано: см^–3; Ф/см.

25. Известно, что при Т = 300 К кремниевый диод pn ⁺-типа, т.е. с повышенным уровнем легирования n -области, имеет следующие параметры: W_p = 120 мкм; D_n = 24 см²с^–1; ; А = 10^–3см². Вычислите:

б) электрический заряд, накопленный в нейтральной p -области;

26. Имеется солнечный элемент, который при освещении ведет себя подобно обычному кремниевому диоду при прямом освещении (U > 0). В темновом режиме при комнатной температуре параметры элемента таковы: I _нас = 3,8 нА; α = 1,2 [идеальный коэффициент использования]; A = 1,2 см²; r_i = 0,85 Ом (внутреннее сопротивление прибора). При освещении солнечного элемента в резистивной нагрузке проходит ток I _н = 36 мА. Определите:

а) напряжение U _x в режиме холостого хода (I = 0);

б) связь между сопротивлением нагрузки R _н и током I; положительным или отрицательным является данный ток?

в) значения величин I, U, и R _н, обеспечивающие максимальную мощность в нагрузке, а также саму эту мощность;

г) коэффициент насыщения вольт – амперной характеристики солнечного элемента;

д) выходное напряжение при R _н = 2 R _н _m и R_н = 0,5R_н _m.

27. а) Вычислите плотность заряда Q_ss, возникающего на границе раздела SiO₂ – Si в некоторой МОП-структуре, имеющей алюминиевую металлизацию, подложку р -типа, концентрацию акцепторов N_a = 1,1·10¹⁶ см^–3 и толщину оксидного слоя 0,12 мкм. Известно, что напряжение плоских зон составляет –2,3 В.

28. Идеальный МОП-конденсатор имеет слой оксида SiO₂ толщиной 0,12 мкм и подложку из кремния p-типа с концентрацией акцепторов 1,2·10¹⁶ см³. Вычислите удельную емкость в случаях: а) U _з = 2 В; f = 1 Гц; б) U _з = 20 В; f = 1 Гц; в) U _з = 20 В; f = 1 МГц.

Исходные данные: ; ;

29. Имеется идеальный МОП-конденсатор с кремниевой подложкой p -типа и концентрацией N_a= 1,2·10¹⁵см^–3. Диэлектрический слой SiO₂ имеет толщину 120 нм. Алюминиевый затвор характеризуется параметром Ф_мп = –0,85 В. Плотность заряда на границе раздела Кл/см². Вычислите максимальную толщину обедненной области W_max, емкость, обусловленную диэлектриком, заряд в обедненной области (Q_s = Q_B), пороговое напряжение, минимальную емкость, а также пороговое напряжение с учетом влияния напряжения плоских зон.

30. Полевой МОП-транзистор с каналом р -типа работает в режиме обогащения и имеет следующие параметры: Z = W = 52 мкм; L = 6мкм; х _ок = 0,11 мкм; U _пор = –1 В; = 4; = 190 см²

б) Определите значения I_c _нас и S _нас, считая, что транзистор работает при напряжениях U _з = – 4 В и U_c = – 5 В.

31. Полевой транзистор с управляющим p - n –переходом и каналом n -типа имеет следующие параметры: см^-3; см^-3; а = 1,5 мкм; L = 14 мкм; Z = 350 мкм. Вычислите:

а) толщину канала (2 а – 2 h)в тех случаях, когда заземленным электродом оказывается сток, исток или затвор;

б) сопротивление канала в случаях, указанных в п. а);

в) напряжение отсечки U _отс;

г) напряжение насыщения U_с _нас при заземленном истоке и напряжении U _з = –1 В;

д) ток насыщения I_с _нас при U _з = -1 В и U_с = 3 В.

Исходные данные: = 12; = 1350 см²

32. Для некоторого транзистора типа р - n - р задано: I_p _Э = 1,7 мА; I_п _Э = 0,017 мА; I_p _К = 0,983 мА; I_п _К = 0,001 мА. Вычислите: а) статический коэффициент передачи тока базы; 6) эффективность эмиттера, или коэффициент инжекции; в) ток базы и коэффициент передачи тока в схемах ОБ и ОЭ; г) значения тиков I _КБ0 и I _КЭ0; д) значения β и I _Б, если I_р _К = 0,99 мА; е) значения β и I _Б, если I_р _К = 0,99 мА и I_n _Э = 0,005 мА. Как изменятся значения β и I _Б, если ток I_n _Э увеличится?

33. Два биполярных транзистора типа р-п-р отличаются тем, что толщина базы одного из них составляет 0,85 толщины базы другого. Найдите разницу напряжений база–эмиттер первого и второго транзисторов при одинаковых токах.

34. Кремниевый транзистор типа п⁺-р-п имеет эффективность эмиттера 0,997, коэффициент переноса через базу 0,983, толщина нейтральной области базы 0,53 мкм. Заданы значения концентрации примесей:

35. В кремниевую пластину, легированную атомами бора с концентрацией 1,3·10¹⁵ атомов/см³, диффундирует мышьяк. Процесс ведут при температуре 1150°С в течение 3 ч. Коэффициент диффузии D = 5,3·10^–14 см²·с^–1.

а) Получите выражение, которое описывает конечное распределение концентрации атомов мышьяка, если концентрация примесей на поверхности постоянна: N ₀ = 4,3·10¹⁸ см^–3.

б) Определите глубину, на которой возникает р - n -переход.

36. Проводится диффузионная обработка участка кремния, на котором предполагается разместить ИС. Для этого на поверхность эпитаксиального слоя n-типа, имеющего концентрацию доноров N_d = 1,4·10¹⁶см^–3, наносится акцепторная примесь с поверхностной плотностью . Образец помещают в диффузионную печь на 1 ч; коэффициент диффузии при температуре в этой печи .

Указание: известно, что если , то

37. а) Подсчитайте время, которое потребуется для создания на кремниевой пластине оксидного слоя толщиной 240 нм при оксидировании в атмосфере водяного пара при температуре 970 С. Константы оксидирования: мкм; мкм²/ч. Начальное время оксидирования = 0.

38. Вычислите сопротивление пленочного резистора и емкость конденсатора при следующих условиях:

а) Пленочный резистор представляет собой кремниевую пластину толщиной 0,00266 см, равномерно легированную фосфором с концентрацией 1,3·10¹⁷ см^–3 и бором с концентрацией 5,4·10¹⁶ см^–3. Воспользуйтесь тем, что сопротивление пленки (Ом/⁪)

39. Для изготовления кремниевого транзистора типа n - р - n используется планарно – диффузионная технология без скрытого слоя. Какие операции необходимо выполнить в рамках данного технологического цикла? Перечислите по крайней мере пять последовательных этапов. Кремниевая пластина р -тина имеет толщину 0,127 – 0,152 мм и удельное сопротивление 19 Ом·см. Толщина эпитакеиального слоя 0,029 мм, толщина оксидного слоя 45 нм.

40. Имеется кремниевый транзистор типа р⁺-п-р с параметрами: W = 1,3 мкм; А = 3,5 мм²; ; ; Напряжение пробоя в схеме ОЭ Вычислите:

а) толщину нейтральной области W _бв базе;

б) концентрацию p_n (0) для неосновных носителей около перехода эмиттер – база;

в) заряд Q _бнеосновных носителей в области базы;

г) составляющие токов

д) и

е) эффективность эмиттера, коэффициенты передачи тока в схемах ОБ и ОЭ;

ж) объясните, как можно улучшить параметры и ;

з) напряжение в схеме ОЭ, считая, что a = 5.

Положите, что n_i = 1,45 .

41. Полевой транзистор с управляющим p - n –переходом и каналом n -типа имеет следующие параметры: см^-3; см^-3; а = 1,9 мкм; L = 11 мкм; Z = 330 мкм. Вычислите:

а) толщину канала (2 а – 2 h)в тех случаях, когда заземленным электродом оказывается сток, исток или затвор;

б) сопротивление канала в случаях, указанных в п. а);

в) напряжение отсечки U _отс;

г) напряжение насыщения U_с _нас при заземленном истоке и напряжении U _з = –1 В;

д) ток насыщения I_с _нас при U _з = -1 В и U_с = 3 В.

Исходные данные: = 12; = 1350 см²

42. Для некоторого транзистора типа р - n - р задано: I_p _Э = 1,1 мА; I_п _Э = 0,012 мА; I_p _К = 0,987 мА; I_п _К = 0,001 мА. Вычислите: а) статический коэффициент передачи тока базы; 6) эффективность эмиттера, или коэффициент инжекции; в) ток базы и коэффициент передачи тока в схемах ОБ и ОЭ; г) значения тиков I _КБ0 и I _КЭ0; д) значения β и I _Б, если I_р _К = 0,99 мА; е) значения β и I _Б, если I_р _К = 0,99 мА и I_n _Э = 0,005 мА. Как изменятся значения β и I _Б, если ток I_n _Э увеличится?

43. Два биполярных транзистора типа р-п-р отличаются тем, что толщина базы одного из них составляет 0,87 толщины базы другого. Найдите разницу напряжений база–эмиттер первого и второго транзисторов при одинаковых токах

44. Кремниевый транзистор типа п⁺-р-п имеет эффективность эмиттера 0,996, коэффициент переноса через базу 0,981, толщина нейтральной области базы 0,51 мкм. Заданы значения концентрации примесей:

45. В кремниевую пластину, легированную атомами бора с концентрацией 1,1·10¹⁵ атомов/см³, диффундирует мышьяк. Процесс ведут при температуре 1160°С в течение 3 ч. Коэффициент диффузии D = 5,6·10^–14 см²·с^–1.

а) Получите выражение, которое описывает конечное распределение концентрации атомов мышьяка, если концентрация примесей на поверхности постоянна: N ₀ = 4,4·10¹⁸ см^–3.

б) Определите глубину, на которой возникает р - n -переход.

46. Проводится диффузионная обработка участка кремния, на котором предполагается разместить ИС. Для этого на поверхность эпитаксиального слоя n-типа, имеющего концентрацию доноров N_d = 1,2·10¹⁶см^–3, наносится акцепторная примесь с поверхностной плотностью . Образец помещают в диффузионную печь на 1 ч; коэффициент диффузии при температуре в этой печи .

Указание: известно, что если , то

47. а) Подсчитайте время, которое потребуется для создания на кремниевой пластине оксидного слоя толщиной 230 нм при оксидировании в атмосфере водяного пара при температуре 980 С. Константы оксидирования: мкм; мкм²/ч. Начальное время оксидирования = 0.

48. Вычислите сопротивление пленочного резистора и емкость конденсатора при следующих условиях:

а) Пленочный резистор представляет собой кремниевую пластину толщиной 0,00236 см, равномерно легированную фосфором с концентрацией 1,2·10¹⁷ см^–3 и бором с концентрацией 5,2·10¹⁶ см^–3. Воспользуйтесь тем, что сопротивление пленки (Ом/⁪)

49. Для изготовления кремниевого транзистора типа n - р - n используется планарно – диффузионная технология без скрытого слоя. Какие операции необходимо выполнить в рамках данного технологического цикла? Перечислите по крайней мере пять последовательных этапов. Кремниевая пластина р -тина имеет толщину 0,127 – 0,152 мм и удельное сопротивление 17 Ом·см. Толщина эпитакеиального слоя 0,029 мм, толщина оксидного слоя 40 нм.

50. Имеется кремниевый транзистор типа р⁺-п-р с параметрами: W = 1,1 мкм; А = 3,1 мм²; ; ; Напряжение пробоя в схеме ОЭ Вычислите: