Иваново: Ивановский государственный химико-технологический
университет, 2008. — 494 с. — ISBN 978-5-9616-0267-8.
Электроника – одно из наиболее быстро развивающихся направлений
науки и техники, которое определяет прогресс общества в целом.
Изучение физики явлений и физических основ работы электронных приборов является необходимым элементом подготовки инженеров, специализирующихся в области технологии материалов и изделий электронной техники.
Учебное пособие предназначено для студентов специальности «Химическая технология монокристаллов, материалов и изделий
электронной техники», изучающих дисциплину «Физическая электроника и электронные приборы». Может быть полезно и для студентов других приборных и технологических специальностей, а также практических инженеров.
Учебное пособие подготовлено на основе курса лекций, читаемых одним из авторов студентам специальности «Химическая технология монокристаллов, материалов и изделий электронной техники». Оно состоит из шести разделов, каждый из которых сопровождается контрольными вопросами и набором заданий и задач для практических занятий и самостоятельной работы.
Материал пособия охватывает все разделы современной электроники, в том числе функциональную электронику и наноэлектронику, и полностью соответствует Государственному образовательному стандарту по специальности «Химическая технология монокристаллов, материалов и изделий электронной техники». Вакуумная электроника
Эмиссионная электроника
Электрон и его свойства Электроны в твердом теле
Эмиссионная электроника
Термоэлектронная эмиссия
Термоэлектронная эмиссия с поверхности полупроводников
Термокатоды
Фотоэлектронная эмиссия
Вторичная электронная эмиссия
Автоэлектронная эмиссия
Экзоэлектронная эмиссия Движение электронов в вакууме в режиме объемного заряда Электровакуумные приборы
Диоды
Триоды
Многоэлектродные лампы
Особенности многоэлектродных ламп различного назначения
Генераторные и модуляторные лампы
Электровакуумные приборы диапазона сверхвысоких частот
Особенности движения электронов в СВЧ полях
Клистроны – приборы с динамическим управлением электронным потоком и резонансными системами
Лампы бегущей и обратной волны (ЛБВ и ЛОВ)
Лампы со скрещенными полями
Усилитель на ЛБВ типа М
Генератор на ЛОВ типа М замкнутой конструкции (карсинотрон)
Магнетроны
Статический режим работы магнетрона
Динамический режим работы магнетрона Электронная оптика. Электронно-лучевые приборы
Электронные линзы
Электростатические линзы
Диафрагма с круглым отверстием
Иммерсионная линза
Одиночная линза
Иммерсионный объектив
Магнитные линзы
Аберрации электронных линз
Электронно-оптические системы (ЭОС) электронно-лучевых приборов
Отклоняющие системы
Электростатическое отклонение электронных пучков
Магнитное отклонение электронных пучков
Некоторые особенности электронной оптики интенсивных пучков
Приемные электронно-лучевые трубки
Проекционные ЭЛТ и системы
Запоминающие электронно-лучевые трубки
Передающие электронно-лучевые трубки
Электронно-оптические преобразователи Газоразрядная электроника
Элементарные процессы в плазме
Введение
Упругие соударения электронов с атомами и молекулами газа
Неупругие соударения электронов с атомами и молекулами
Возбуждение
Ионизация
Ступенчатые процессы при возбуждении и ионизации молекул электронным ударом
Образование и разрушение отрицательных ионов
Диссоциация молекул
Рекомбинация
Движение электронов и ионов в газе
Дрейфовое движение электронов и ионов
Диффузия заряженных частиц в условиях разряда Основные виды электрического разряда в газе
Классификация разрядов
Несамостоятельный газовый разряд
Условие развития самостоятельного разряда Пробой разрядного промежутка
Тлеющий разряд
Количественная теория катодной области тлеющего разряда
Дуговой разряд
Искровой разряд
Коронный разряд
Высокочастотные разряды
Разряды на сверхвысоких частотах Газоразрядная плазма
Основные понятия
Диагностика плазмы
Метод зондов Лангмюра
Оптические методы исследования плазмы
Сверхвысокочастотные методы диагностики плазмы
Теории газоразрядной плазмы
Особенности теории плазмы низкого и высокого давления Газоразрядные приборы
Приборы тлеющего разряда
Световые индикаторы
Стабилитроны тлеющего разряда
Вентили (газотроны) тлеющего разряда
Тиратроны тлеющего разряда
Переключаемые световые индикаторы
Многоканальные счетные и коммутирующие приборы (декатроны)
Газоразрядные приборы, основанные на использовании излучения плазмы
Газоразрядные источники света
Ионизационные камеры и счетчики излучений
Ионизационные камеры
Пропорциональные счетчики
Счетчики Гейгера
Разрядники антенных переключателей
Газоразрядные индикаторные панели
Газоразрядные знаковые индикаторы (монодисплеи)
ГИП постоянного тока
ГИП переменного тока
Получение полутоновых изображений на ГИП Твердотельная электроника
Физические основы полупроводниковых приборов
Концентрация носителей заряда в полупроводниках
Электропроводность полупроводников
Диффузионное движение носителей заряда в полупроводниках
Неравновесные носители заряда в полупроводниках
Поверхностные явления в полупроводниках Электрические переходы
Структура и основные параметры n-p перехода
Равновесное состояние n-p перехода
Неравновесное состояние n-p перехода Явления инжекции и экстракции носителей заряда
ВАХ идеализированного перехода
ВАХ реального n-p перехода
Механизмы пробоя n-р перехода
Емкостные свойства n-p перехода
Контакт металл-полупроводник
Гетеропереходы Полупроводниковые диоды
Выпрямительные диоды
Высокочастотные и сверхвысокочастотные диоды
Импульсные диоды
Стабилитроны
Полупроводниковые управляемые емкости (варикапы)
Туннельные и обращенные диоды
Диоды Шотки
Диоды Ганна
Лавинно-пролетные диоды Биполярные транзисторы
Классификация биполярных транзисторов
Физические процессы в транзисторе
Распределение токов в транзисторе
Эффект модуляции ширины базы
Статические вольтамперные характеристики биполярного транзистора
Частотные характеристики биполярного транзистора Тиристоры
Классификация тиристоров
Распределение токов в тиристоре
Особенности работы управляемых тиристоров
Тиристор с симметричной ВАХ Униполярные полупроводниковые приборы
Классификация и основные особенности
Полевые транзисторы с изолированным затвором (МДП-транзисторы)
Статические характеристики МДП-транзистора
Дифференциальные параметры МДП-транзистора
Принцип работы полевого транзистора с управляющим n-p переходом
Частотные характеристики МДП-транзисторов
Сравнительная характеристика МДП и биполярного транзистора
Биполярный транзистор с изолированным затвором (IGBT) Светоизлучающие и фотоэлектронные полупроводниковые приборы
Светоизлучающие полупроводниковые приборы
Светодиоды
Полупроводниковые лазеры на n-р переходе
Фотоэлектронные полупроводниковые приборы
Поглощение оптического излучения полупроводниками
Фоторезистивный эффект и приборы на его основе
Фотоэлектрический эффект в n-р переходе
Фототранзисторы и фототиристоры
Оптоэлектронные пары Полупроводниковые датчики
Датчики температуры
Датчики деформации
Датчики магнитного поля Оптическая и квантовая электроника
Основы квантовой электроники
Этапы и перспективы развития квантовой электроники
Физические основы взаимодействия излучения с веществом
Форма и ширина спектральной линии
Устройство и принципы работы лазеров
Рабочее вещество
Создание инверсии
Условия создания инверсной населенности
Двухуровневая система
Трехуровневые системы
Четырехуровневая система
Оптические резонаторы
Условия самовозбуждения и насыщения усиления
Импульсная генерация, модуляция добротности и синхронизация мод
Свойства лазерного излучения
Монохроматичность
Когерентность
Поляризация излучения
Направленность и возможность фокусирования излучения
Яркость и мощность излучения
Типы лазеров
Твердотельные лазеры
Рубиновый лазер
Неодимовый стеклянный лазер
Nd – ИАГ – лазеры
Газовые лазеры
Атомные лазеры
Лазеры на парах металлов
Ионные лазеры
Молекулярные лазеры
Эксимерные лазеры
Газовые лазеры в инфракрасной области спектра
Химические лазеры
Газодинамические лазеры
Электроионизационные лазеры
Полупроводниковые лазеры
Жидкостные лазеры Основы оптоэлектроники
Этапы и перспективы развития оптической электроники
Источники излучения для оптоэлектроники
Фотоэлектронные приемники излучения
Модуляция лазерного излучения
Физические основы модуляции лазерного излучения
Оптические модуляторы
Дефлекторы
Волоконно-оптические линии связи (ВОЛС)
Элементная база ВОЛС
Классификация ВОЛС
Оптические методы запоминания и хранения информации Оптические (лазерные) диски
Голографические системы хранения и обработки информации
Принцип голографии
Голографическое запоминающее устройство
Голографические схемы записи и считывания информации
Системы отображения информации
Особенности зрительного восприятия информации
Физические эффекты, используемые для отображения информации
Жидкокристаллические индикаторы
Жидкокристаллические индикаторные панели
Электролюминесцентные индикаторы
Дисплеи с полевой (автоэлектронной) эмиссией
Отражающие дисплеи (электронная бумага)
Системы отображения информации на основе полупроводниковых светодиодов Функциональная, микро- и наноэлектроника
Предмет микроэлектроники
Основные термины и определения
Классификация ИМС
Плёночные ИМС
Гибридные ИС
Полупроводниковые ИМС
Совмещенные ИМС
Система обозначений ИМС Биполярные структуры в микроэлектронике
Транзисторы с изоляцией на основе n-p перехода
Транзисторы с диэлектрической изоляцией
Транзисторы с комбинированной изоляцией
Транзисторы типа p–n–p
Многоэмиттерные транзисторы
Многоколлекторные транзисторы
Транзисторы с диодом Шотки
Интегральные диоды и стабилитроны Униполярные структуры в микроэлектронике
МДП–транзисторы ИМС средней степени интеграции
МДП–транзистор с алюминиевым затвором
МДП–транзистор с поликремниевым затвором
Конструкция Д–МДП–транзисторов
Комплементарные микроэлектронные структуры
МДП–транзисторы на диэлектрической подложке
Параметры и характеристики МДП-транзисторов с коротким каналом
Пороговое напряжение
Вольт-амперные характеристики
Полевые транзисторы с управляющим переходом
металл–полупроводник
Принцип действия МЕП-транзистора
Элементы полупроводниковых постоянных запоминающих устройств (ПЗУ)
МНОП-транзистор
МДП-транзистор с плавающим затвором
Двухзатворный МДП–транзистор Микроэлектроника субмикронных СБИС
Субмикронные МДП-транзисторы на полупроводниковых подложках
Методы улучшения характеристик субмикронных МДП-транзисторов
Ореол
Ретроградное распределение
Подзатворный диэлектрик
Области стока и истока
Напряженный кремний
Субмикронные МДП-транзисторы на диэлектрических подложках
Структуры «кремний на изоляторе»
Cтруктура «кремний ни на чём»
Перспективные конструкции субмикронных МДП-транзисторов
Транзисторы с двойным и с окольцовывающим затвором
Транзисторы с вертикальным каналом
Особенности субмикронных транзисторов для аналоговых применений Гетероструктуры в микроэлектронике
Основные свойства гетероперехода
Сверхинжекция неравновесных носителей заряда в гетеропереходе
Понятие о двухмерном электронном газе
Гетероструктурные полевые транзисторы
Транзистор с высокой подвижностью электронов (НЕМТ)
Псевдоморфные и метаморфные структуры (р-НЕМТ и m-НЕМТ)
НЕМТ на подложках из GaN
Гетеропереходные биполярные транзисторы
Интегральные микросхемы на гетеропереходных полевых транзисторах Пассивные элементы ИМС
Полупроводниковые резисторы
Плёночные резисторы
Конденсаторы и индуктивные элементы
Коммутационные соединения
Задержка распространения сигнала
Электороимграция Функциональная электроника
Пьезоэлектроника
Оптоэлектроника
Акустоэлектроника
Магнитоэлектроника
Криоэлектроника
Хемотроника
Молекулярная и биоэлектроника
Приборы с зарядовой связью
Диэлектрическя электроника
Приборы на основе аморфных материалов Основы наноэлектроники
Квантовые основы наноэлектроники
Квантовое ограничение
Интерференционные эффекты
Туннелирование
Одноэлектроника (одноэлектронные транзисторы)
Квантовые транзисторы
Нанотрубки в электронике
Графеновые транзисторы (спинтроника)
Молекулярная электроника
Квантовые компьютеры
Заключение Список рекомендуемой литературы
Cправочный раздел
Содержание
Изучение физики явлений и физических основ работы электронных приборов является необходимым элементом подготовки инженеров, специализирующихся в области технологии материалов и изделий электронной техники.
Учебное пособие предназначено для студентов специальности «Химическая технология монокристаллов, материалов и изделий
электронной техники», изучающих дисциплину «Физическая электроника и электронные приборы». Может быть полезно и для студентов других приборных и технологических специальностей, а также практических инженеров.
Учебное пособие подготовлено на основе курса лекций, читаемых одним из авторов студентам специальности «Химическая технология монокристаллов, материалов и изделий электронной техники». Оно состоит из шести разделов, каждый из которых сопровождается контрольными вопросами и набором заданий и задач для практических занятий и самостоятельной работы.
Материал пособия охватывает все разделы современной электроники, в том числе функциональную электронику и наноэлектронику, и полностью соответствует Государственному образовательному стандарту по специальности «Химическая технология монокристаллов, материалов и изделий электронной техники». Вакуумная электроника
Эмиссионная электроника
Электрон и его свойства Электроны в твердом теле
Эмиссионная электроника
Термоэлектронная эмиссия
Термоэлектронная эмиссия с поверхности полупроводников
Термокатоды
Фотоэлектронная эмиссия
Вторичная электронная эмиссия
Автоэлектронная эмиссия
Экзоэлектронная эмиссия Движение электронов в вакууме в режиме объемного заряда Электровакуумные приборы
Диоды
Триоды
Многоэлектродные лампы
Особенности многоэлектродных ламп различного назначения
Генераторные и модуляторные лампы
Электровакуумные приборы диапазона сверхвысоких частот
Особенности движения электронов в СВЧ полях
Клистроны – приборы с динамическим управлением электронным потоком и резонансными системами
Лампы бегущей и обратной волны (ЛБВ и ЛОВ)
Лампы со скрещенными полями
Усилитель на ЛБВ типа М
Генератор на ЛОВ типа М замкнутой конструкции (карсинотрон)
Магнетроны
Статический режим работы магнетрона
Динамический режим работы магнетрона Электронная оптика. Электронно-лучевые приборы
Электронные линзы
Электростатические линзы
Диафрагма с круглым отверстием
Иммерсионная линза
Одиночная линза
Иммерсионный объектив
Магнитные линзы
Аберрации электронных линз
Электронно-оптические системы (ЭОС) электронно-лучевых приборов
Отклоняющие системы
Электростатическое отклонение электронных пучков
Магнитное отклонение электронных пучков
Некоторые особенности электронной оптики интенсивных пучков
Приемные электронно-лучевые трубки
Проекционные ЭЛТ и системы
Запоминающие электронно-лучевые трубки
Передающие электронно-лучевые трубки
Электронно-оптические преобразователи Газоразрядная электроника
Элементарные процессы в плазме
Введение
Упругие соударения электронов с атомами и молекулами газа
Неупругие соударения электронов с атомами и молекулами
Возбуждение
Ионизация
Ступенчатые процессы при возбуждении и ионизации молекул электронным ударом
Образование и разрушение отрицательных ионов
Диссоциация молекул
Рекомбинация
Движение электронов и ионов в газе
Дрейфовое движение электронов и ионов
Диффузия заряженных частиц в условиях разряда Основные виды электрического разряда в газе
Классификация разрядов
Несамостоятельный газовый разряд
Условие развития самостоятельного разряда Пробой разрядного промежутка
Тлеющий разряд
Количественная теория катодной области тлеющего разряда
Дуговой разряд
Искровой разряд
Коронный разряд
Высокочастотные разряды
Разряды на сверхвысоких частотах Газоразрядная плазма
Основные понятия
Диагностика плазмы
Метод зондов Лангмюра
Оптические методы исследования плазмы
Сверхвысокочастотные методы диагностики плазмы
Теории газоразрядной плазмы
Особенности теории плазмы низкого и высокого давления Газоразрядные приборы
Приборы тлеющего разряда
Световые индикаторы
Стабилитроны тлеющего разряда
Вентили (газотроны) тлеющего разряда
Тиратроны тлеющего разряда
Переключаемые световые индикаторы
Многоканальные счетные и коммутирующие приборы (декатроны)
Газоразрядные приборы, основанные на использовании излучения плазмы
Газоразрядные источники света
Ионизационные камеры и счетчики излучений
Ионизационные камеры
Пропорциональные счетчики
Счетчики Гейгера
Разрядники антенных переключателей
Газоразрядные индикаторные панели
Газоразрядные знаковые индикаторы (монодисплеи)
ГИП постоянного тока
ГИП переменного тока
Получение полутоновых изображений на ГИП Твердотельная электроника
Физические основы полупроводниковых приборов
Концентрация носителей заряда в полупроводниках
Электропроводность полупроводников
Диффузионное движение носителей заряда в полупроводниках
Неравновесные носители заряда в полупроводниках
Поверхностные явления в полупроводниках Электрические переходы
Структура и основные параметры n-p перехода
Равновесное состояние n-p перехода
Неравновесное состояние n-p перехода Явления инжекции и экстракции носителей заряда
ВАХ идеализированного перехода
ВАХ реального n-p перехода
Механизмы пробоя n-р перехода
Емкостные свойства n-p перехода
Контакт металл-полупроводник
Гетеропереходы Полупроводниковые диоды
Выпрямительные диоды
Высокочастотные и сверхвысокочастотные диоды
Импульсные диоды
Стабилитроны
Полупроводниковые управляемые емкости (варикапы)
Туннельные и обращенные диоды
Диоды Шотки
Диоды Ганна
Лавинно-пролетные диоды Биполярные транзисторы
Классификация биполярных транзисторов
Физические процессы в транзисторе
Распределение токов в транзисторе
Эффект модуляции ширины базы
Статические вольтамперные характеристики биполярного транзистора
Частотные характеристики биполярного транзистора Тиристоры
Классификация тиристоров
Распределение токов в тиристоре
Особенности работы управляемых тиристоров
Тиристор с симметричной ВАХ Униполярные полупроводниковые приборы
Классификация и основные особенности
Полевые транзисторы с изолированным затвором (МДП-транзисторы)
Статические характеристики МДП-транзистора
Дифференциальные параметры МДП-транзистора
Принцип работы полевого транзистора с управляющим n-p переходом
Частотные характеристики МДП-транзисторов
Сравнительная характеристика МДП и биполярного транзистора
Биполярный транзистор с изолированным затвором (IGBT) Светоизлучающие и фотоэлектронные полупроводниковые приборы
Светоизлучающие полупроводниковые приборы
Светодиоды
Полупроводниковые лазеры на n-р переходе
Фотоэлектронные полупроводниковые приборы
Поглощение оптического излучения полупроводниками
Фоторезистивный эффект и приборы на его основе
Фотоэлектрический эффект в n-р переходе
Фототранзисторы и фототиристоры
Оптоэлектронные пары Полупроводниковые датчики
Датчики температуры
Датчики деформации
Датчики магнитного поля Оптическая и квантовая электроника
Основы квантовой электроники
Этапы и перспективы развития квантовой электроники
Физические основы взаимодействия излучения с веществом
Форма и ширина спектральной линии
Устройство и принципы работы лазеров
Рабочее вещество
Создание инверсии
Условия создания инверсной населенности
Двухуровневая система
Трехуровневые системы
Четырехуровневая система
Оптические резонаторы
Условия самовозбуждения и насыщения усиления
Импульсная генерация, модуляция добротности и синхронизация мод
Свойства лазерного излучения
Монохроматичность
Когерентность
Поляризация излучения
Направленность и возможность фокусирования излучения
Яркость и мощность излучения
Типы лазеров
Твердотельные лазеры
Рубиновый лазер
Неодимовый стеклянный лазер
Nd – ИАГ – лазеры
Газовые лазеры
Атомные лазеры
Лазеры на парах металлов
Ионные лазеры
Молекулярные лазеры
Эксимерные лазеры
Газовые лазеры в инфракрасной области спектра
Химические лазеры
Газодинамические лазеры
Электроионизационные лазеры
Полупроводниковые лазеры
Жидкостные лазеры Основы оптоэлектроники
Этапы и перспективы развития оптической электроники
Источники излучения для оптоэлектроники
Фотоэлектронные приемники излучения
Модуляция лазерного излучения
Физические основы модуляции лазерного излучения
Оптические модуляторы
Дефлекторы
Волоконно-оптические линии связи (ВОЛС)
Элементная база ВОЛС
Классификация ВОЛС
Оптические методы запоминания и хранения информации Оптические (лазерные) диски
Голографические системы хранения и обработки информации
Принцип голографии
Голографическое запоминающее устройство
Голографические схемы записи и считывания информации
Системы отображения информации
Особенности зрительного восприятия информации
Физические эффекты, используемые для отображения информации
Жидкокристаллические индикаторы
Жидкокристаллические индикаторные панели
Электролюминесцентные индикаторы
Дисплеи с полевой (автоэлектронной) эмиссией
Отражающие дисплеи (электронная бумага)
Системы отображения информации на основе полупроводниковых светодиодов Функциональная, микро- и наноэлектроника
Предмет микроэлектроники
Основные термины и определения
Классификация ИМС
Плёночные ИМС
Гибридные ИС
Полупроводниковые ИМС
Совмещенные ИМС
Система обозначений ИМС Биполярные структуры в микроэлектронике
Транзисторы с изоляцией на основе n-p перехода
Транзисторы с диэлектрической изоляцией
Транзисторы с комбинированной изоляцией
Транзисторы типа p–n–p
Многоэмиттерные транзисторы
Многоколлекторные транзисторы
Транзисторы с диодом Шотки
Интегральные диоды и стабилитроны Униполярные структуры в микроэлектронике
МДП–транзисторы ИМС средней степени интеграции
МДП–транзистор с алюминиевым затвором
МДП–транзистор с поликремниевым затвором
Конструкция Д–МДП–транзисторов
Комплементарные микроэлектронные структуры
МДП–транзисторы на диэлектрической подложке
Параметры и характеристики МДП-транзисторов с коротким каналом
Пороговое напряжение
Вольт-амперные характеристики
Полевые транзисторы с управляющим переходом
металл–полупроводник
Принцип действия МЕП-транзистора
Элементы полупроводниковых постоянных запоминающих устройств (ПЗУ)
МНОП-транзистор
МДП-транзистор с плавающим затвором
Двухзатворный МДП–транзистор Микроэлектроника субмикронных СБИС
Субмикронные МДП-транзисторы на полупроводниковых подложках
Методы улучшения характеристик субмикронных МДП-транзисторов
Ореол
Ретроградное распределение
Подзатворный диэлектрик
Области стока и истока
Напряженный кремний
Субмикронные МДП-транзисторы на диэлектрических подложках
Структуры «кремний на изоляторе»
Cтруктура «кремний ни на чём»
Перспективные конструкции субмикронных МДП-транзисторов
Транзисторы с двойным и с окольцовывающим затвором
Транзисторы с вертикальным каналом
Особенности субмикронных транзисторов для аналоговых применений Гетероструктуры в микроэлектронике
Основные свойства гетероперехода
Сверхинжекция неравновесных носителей заряда в гетеропереходе
Понятие о двухмерном электронном газе
Гетероструктурные полевые транзисторы
Транзистор с высокой подвижностью электронов (НЕМТ)
Псевдоморфные и метаморфные структуры (р-НЕМТ и m-НЕМТ)
НЕМТ на подложках из GaN
Гетеропереходные биполярные транзисторы
Интегральные микросхемы на гетеропереходных полевых транзисторах Пассивные элементы ИМС
Полупроводниковые резисторы
Плёночные резисторы
Конденсаторы и индуктивные элементы
Коммутационные соединения
Задержка распространения сигнала
Электороимграция Функциональная электроника
Пьезоэлектроника
Оптоэлектроника
Акустоэлектроника
Магнитоэлектроника
Криоэлектроника
Хемотроника
Молекулярная и биоэлектроника
Приборы с зарядовой связью
Диэлектрическя электроника
Приборы на основе аморфных материалов Основы наноэлектроники
Квантовые основы наноэлектроники
Квантовое ограничение
Интерференционные эффекты
Туннелирование
Одноэлектроника (одноэлектронные транзисторы)
Квантовые транзисторы
Нанотрубки в электронике
Графеновые транзисторы (спинтроника)
Молекулярная электроника
Квантовые компьютеры
Заключение Список рекомендуемой литературы
Cправочный раздел
Содержание