Томск: Изд-во НТЛ, 2008. - 264 с. Учебное пособие.
УДК 681.3(075.8)+621.38.032(075)
В учебном пособии рассмотрены основные этапы развития физики и технологии элементной базы ЭВМ и компьютеров. Изложение материала ведётся от начального этапа зарождения вакуумной электроники до современной элементной базы на основе полупроводниковой микроэлектроники. Данное пособие призвано помочь более цельно представить как историю развития элементной базы вычислительной техники, так и основы физики и технологии её создания. Содержание пособия имеет своей целью создать у студента ясное представление о том, что современная элементная база вычислительной техники базируется на сплаве достижений физики и сложнейшей технологии. Предназначено для подготовки студентов неинженерных специальностей, изучающих программирование и информатику.
Введение.
От вакуумной электроники к полупроводникам.
Вакуумная электроника: от лампы освещения до радиоламп.
Осветительная лампа накаливания.
Первые электровакуумные приборы.
Электровакуумный диод.
Электровакуумный триод и многосеточные лампы.
Превращение радио в бытовое информационное устройство.
Электронно-оптические индикаторы.
Газонаполненные электронные лампы.
Прочие электронные лампы .
Электронно-лучевая трубка.
Жидкокристаллические экраны.
Плазменные панели.
Перспективы электровакуумных ламп.
Электросвязь, информация, люди.
Типы химической связи: металлическая, ковалентная, ионная .
Металлы и металлическая связь .
Модель свободных электронов .
Недостатки модели свободных электронов .
Ионная связь .
Химическая связь в полупроводниках .
Основные свойства ковалентной связи .
Ионно-ковалентный тип связи в твердых телах.
Химическая связь в полупроводниковых соединениях A3B5.
Полупроводники – прошлое и настоящее.
Первые сведения о полупроводниках.
Первые теории полупроводников.
Зарождение твердотельной электроники .
Соотношение физики и технологии полупроводников .
Основные отличительные свойства полупроводников .
Основы кристаллофизики .
Точечные дефекты .
Примеси как дефекты структуры кристалла.
Взаимосвязь структурных точечных дефектов с электронными.
Основные механизмы образования точечных дефектов.
Тепловые колебания атомов .
Отклонения от стехиометрии.
Линейные дефекты .
Плоскостные дефекты .
Объёмные дефекты .
Облучение.
Аморфные тела, изотропия и анизотропия.
Электрические свойства примесей.
Выводы.
Основы технологии получения полупроводников.
Выращивание объемных полупроводниковых монокристаллов .
Получение кристаллов из жидкой фазы .
Выращивание кристаллов из расплава.
Методы нормальной направленной кристаллизации .
Метод Чохральского.
Выращивание полупроводниковых кристаллов малого объёма.
Выращивание монокристаллов из раствора .
Выращивание кристаллов из газообразной фазы .
Метод химических и газотранспортных реакций .
Монокристаллические плёнки, эпитаксия.
Рост из газовой фазы с использованием металлорганических соединений .
Молекулярно-лучевая эпитаксия .
Методы легирования полупроводниковых материалов.
Выводы.
Физика полупроводников и полупроводниковых приборов.
Зонная структура полупроводников .
Оглавление
Энергетические зоны в полупроводниках .
Электропроводность полупроводников .
Неравновесные носители.
Движение свободных носителей заряда в полупроводниках, диффузия и дрейф .
Эффект Ганна .
Контактные явления и эффект поля .
Барьер Шоттки.
Электронно-дырочный переход.
Прямое и обратное включение p–n-перехода .
Ёмкости p–n-перехода.
Функциональные типы полупроводниковых диодов .
Выпрямительные диоды .
Импульсные диоды .
Полупроводниковые стабилитроны .
Варикапы.
Туннельные диоды .
Диод Ганна.
Лавинно-пролётные диоды.
Светодиоды.
Фотодиоды.
Условные обозначения полупроводниковых диодов.
Транзисторы .
Общие сведения о транзисторах .
Биполярные транзисторы .
Основные схемы включения транзистора.
Способы описания свойств транзистора, работающего в активном режиме при малом переменном сигнале .
Статические характеристики транзистора .
Полевые транзисторы .
МДП-элементы энергонезависимой памяти.
Приборы с 4-слойными структурами .
Оптоэлектронные приборы .
Светодиод.
Фотодиод.
Оптрон.
Полупроводниковый лазер.
Волоконно-оптические линии связи .
Оптоэлектроника, полупроводники, люди .
Выводы .
Отдельные элементы и узлы цифровых электронных приборов.
Выпрямитель .
Стабилизаторы.
Транзистор-усилитель .
Транзистор – электронный ключ.
Блокинг-генератор .
Мультивибратор на транзисторах .
Основные логические функции и их реализации с помощью полупроводниковых приборов.
Триггеры.
Несимметричный триггер (триггер Шмитта).
Аналоговые электронные устройства .
Операционные усилители .
Классификация интегральных микросхем .
Выводы .
Внешние устройства хранения цифровой информации.
Хранение цифровой информации на жестких магнитных дисках .
Элементы магнитной памяти.
Продольная и поперечная магнитная запись .
Схема конструкции HDD .
Технологии магнитной записи .
Механические воздействия на HDD .
Хранение цифровой информации на CD.
Технология записи на CD .
Конкуренция технологий записи и хранения информации.
Выводы .
Технология производства интегральных микросхем.
Механическая обработка слитка и пластин.
Очистка поверхности.
Изготовление эпитаксиальных структур .
Осаждение диэлектрических пленок .
Диффузия.
Ионная имплантация .
Оглавление
Литография .
Травление.
Металлизация .
Монтаж кристаллов.
Методы контроля .
Выводы.
Краткая история физики и технологии полупроводников и полупроводниковых приборов.
Литература.
Предметный указатель.
УДК 681.3(075.8)+621.38.032(075)
В учебном пособии рассмотрены основные этапы развития физики и технологии элементной базы ЭВМ и компьютеров. Изложение материала ведётся от начального этапа зарождения вакуумной электроники до современной элементной базы на основе полупроводниковой микроэлектроники. Данное пособие призвано помочь более цельно представить как историю развития элементной базы вычислительной техники, так и основы физики и технологии её создания. Содержание пособия имеет своей целью создать у студента ясное представление о том, что современная элементная база вычислительной техники базируется на сплаве достижений физики и сложнейшей технологии. Предназначено для подготовки студентов неинженерных специальностей, изучающих программирование и информатику.
Введение.
От вакуумной электроники к полупроводникам.
Вакуумная электроника: от лампы освещения до радиоламп.
Осветительная лампа накаливания.
Первые электровакуумные приборы.
Электровакуумный диод.
Электровакуумный триод и многосеточные лампы.
Превращение радио в бытовое информационное устройство.
Электронно-оптические индикаторы.
Газонаполненные электронные лампы.
Прочие электронные лампы .
Электронно-лучевая трубка.
Жидкокристаллические экраны.
Плазменные панели.
Перспективы электровакуумных ламп.
Электросвязь, информация, люди.
Типы химической связи: металлическая, ковалентная, ионная .
Металлы и металлическая связь .
Модель свободных электронов .
Недостатки модели свободных электронов .
Ионная связь .
Химическая связь в полупроводниках .
Основные свойства ковалентной связи .
Ионно-ковалентный тип связи в твердых телах.
Химическая связь в полупроводниковых соединениях A3B5.
Полупроводники – прошлое и настоящее.
Первые сведения о полупроводниках.
Первые теории полупроводников.
Зарождение твердотельной электроники .
Соотношение физики и технологии полупроводников .
Основные отличительные свойства полупроводников .
Основы кристаллофизики .
Точечные дефекты .
Примеси как дефекты структуры кристалла.
Взаимосвязь структурных точечных дефектов с электронными.
Основные механизмы образования точечных дефектов.
Тепловые колебания атомов .
Отклонения от стехиометрии.
Линейные дефекты .
Плоскостные дефекты .
Объёмные дефекты .
Облучение.
Аморфные тела, изотропия и анизотропия.
Электрические свойства примесей.
Выводы.
Основы технологии получения полупроводников.
Выращивание объемных полупроводниковых монокристаллов .
Получение кристаллов из жидкой фазы .
Выращивание кристаллов из расплава.
Методы нормальной направленной кристаллизации .
Метод Чохральского.
Выращивание полупроводниковых кристаллов малого объёма.
Выращивание монокристаллов из раствора .
Выращивание кристаллов из газообразной фазы .
Метод химических и газотранспортных реакций .
Монокристаллические плёнки, эпитаксия.
Рост из газовой фазы с использованием металлорганических соединений .
Молекулярно-лучевая эпитаксия .
Методы легирования полупроводниковых материалов.
Выводы.
Физика полупроводников и полупроводниковых приборов.
Зонная структура полупроводников .
Оглавление
Энергетические зоны в полупроводниках .
Электропроводность полупроводников .
Неравновесные носители.
Движение свободных носителей заряда в полупроводниках, диффузия и дрейф .
Эффект Ганна .
Контактные явления и эффект поля .
Барьер Шоттки.
Электронно-дырочный переход.
Прямое и обратное включение p–n-перехода .
Ёмкости p–n-перехода.
Функциональные типы полупроводниковых диодов .
Выпрямительные диоды .
Импульсные диоды .
Полупроводниковые стабилитроны .
Варикапы.
Туннельные диоды .
Диод Ганна.
Лавинно-пролётные диоды.
Светодиоды.
Фотодиоды.
Условные обозначения полупроводниковых диодов.
Транзисторы .
Общие сведения о транзисторах .
Биполярные транзисторы .
Основные схемы включения транзистора.
Способы описания свойств транзистора, работающего в активном режиме при малом переменном сигнале .
Статические характеристики транзистора .
Полевые транзисторы .
МДП-элементы энергонезависимой памяти.
Приборы с 4-слойными структурами .
Оптоэлектронные приборы .
Светодиод.
Фотодиод.
Оптрон.
Полупроводниковый лазер.
Волоконно-оптические линии связи .
Оптоэлектроника, полупроводники, люди .
Выводы .
Отдельные элементы и узлы цифровых электронных приборов.
Выпрямитель .
Стабилизаторы.
Транзистор-усилитель .
Транзистор – электронный ключ.
Блокинг-генератор .
Мультивибратор на транзисторах .
Основные логические функции и их реализации с помощью полупроводниковых приборов.
Триггеры.
Несимметричный триггер (триггер Шмитта).
Аналоговые электронные устройства .
Операционные усилители .
Классификация интегральных микросхем .
Выводы .
Внешние устройства хранения цифровой информации.
Хранение цифровой информации на жестких магнитных дисках .
Элементы магнитной памяти.
Продольная и поперечная магнитная запись .
Схема конструкции HDD .
Технологии магнитной записи .
Механические воздействия на HDD .
Хранение цифровой информации на CD.
Технология записи на CD .
Конкуренция технологий записи и хранения информации.
Выводы .
Технология производства интегральных микросхем.
Механическая обработка слитка и пластин.
Очистка поверхности.
Изготовление эпитаксиальных структур .
Осаждение диэлектрических пленок .
Диффузия.
Ионная имплантация .
Оглавление
Литография .
Травление.
Металлизация .
Монтаж кристаллов.
Методы контроля .
Выводы.
Краткая история физики и технологии полупроводников и полупроводниковых приборов.
Литература.
Предметный указатель.