Гуртов В.А., Ивашенков О.Н. Сборник задач по микрооптоэлектронике

Подождите немного. Документ загружается.

= 0,015·0,05·2·71,23 = 0,106845 = 107 мВт.

7.2. Аналогично задаче 7.1 имеем

⋅

, учитывая что

30,3

FIV

PF IV F

⋅⋅

=⋅⋅⋅= = ⋅

⋅

и F = 0,014; η = 0,0042;

7.3.

ωτ

. P

(20) = 254,2 мкВт; P

(100) = 90,9 мкВт;

7.4.

1, 24 1, 24

1, 43 0,92 1,315; 0,075 мкм

1,315 1, 43

=⋅ = ∆= − =

7.5.

а) Режим фототока: ток через диод:

()

II=− +

; фототок I

равен I

= R·P,

R – чувствительность [А/Вт]:

rrh

hhc rP

ηλ

⋅⋅

⋅⋅⋅

== ==

⋅⋅

, (7.2)

где r

– число появившихся при облучении электронов, r

– число фотонов с

длиной волны λ. Имеем I

= 6,4 мА.

б) Режим фото–э.д.с.: I

ВЦ

= 0. Тогда

(1)

IIe=−

, учитывая I

>> I

ln( )

=⋅

, (7.3)

V = 0,345 В.

7.6. Аналогично предыдущей задаче имеем:

R = 0,36 А/Вт, P = 2,78 мкВт, r

= 1,26·10

-1

7.7. Входная оптическая мощность

1,32 10 Вт

rhc

−

⋅

==⋅

, фототок

= R·P = 7,95

-10

А, выходной ток I = M·I

= 15,9 нА, r

= I

/q = 5·10

-1

, от-

сюда квантовый выход η = r

= 0,5.

7.8. Ток на выходе I = M·I

, отсюда имеем I

= 5·10

-11

А и r

= I

/(qη) = 6·10

-1

8. Интегральные микросхемы

8.1. Технологические операции создания транзистора типа n-p-n:

1) Эпитаксиальное наращивание слоя n-типа (ρ = 0,5 Ом·см, d = 0,254 мм);

2) Наращивание SiO

(d = 500 нм) на эпитаксиальный слой;

3) Нанесение фоторезиста, маскирование и вытравливание окон в слое;

4) Легирование акцепторной примесью путем диффузии атомов бора;

5) Наращивание слоя SiO

;

6) Повторение операции 3 для подготовки базовой области;

7) Диффузия бора в базовую область;

8-11) Аналогично повторение операций для подготовки областей эмиттера

и коллектора;

12) Повторение операции 3 для создания окон под контактные площадки;

13) Металлизация всей поверхности вакуумным распылением алюминия;

14) Повторение операции 3 для создания межсоединений. Удаление излиш-

ков алюминия;

15) Контроль функционирования;

16) Помещение

в корпус;

17) Выходной контроль.

8.2. Толщину подзатворного диэлектрика можем найти как

10 1,25 10 см

−

==⋅ = ⋅

, а емкость МОП-конденсатора найдем по

формуле плоского конденсатора: C

= 2,7·10

-7

Ф/см

. Емкость p-n перехода C

сосчитаем по (3.10): W = 8,9·10

-5

см, C

= 1,16·10

-8

Ф/см

mos

23, 4

8.3. Число квадратов в рисунке резистора равно

. Поверхностное со-

противление рассчитаем как

1000 Ом

250

4 квад

R ==

, тогда усредненное

удельное сопротивление

ср sj

ср as

250 6 10 0,5 Ом см

−

==⋅=⋅⋅=⋅

где N

– поверхностная концентрация примеси.

8.4. Емкость

ox 0

1, 7 10 Ф

εε

−

==⋅

, сопротивление

2 кОм

34 нс

RC =

8.5. Сопротивление такого резистора можно представить как параллельную

цепочку двух резисторов R

и R

111

. Известно, что

qN qNx

µµ

′

Тогда R

= 223 Ом, R

= 428 и R = 147 Ом.

8.6. Источник тока с токовым зеркалом Уилсона для операционного усилите-

ля.

а) Запишем для трех узлов соотношения токов в соответствии с рисунком в

виде системы уравнений:

1 к1 б2

23б2

3 к3 б1 б3

II I

III

=−

=++

Учитывая, что

, получим:

1 к

2 к

213

111

βββ

⎛⎞

⎜⎟

⎝⎠

⎛⎞

=−++

⎜⎟

⎝⎠

Далее,

2 кк

2132

1112

1II I

ββββ

⎛⎞

=++ +−

⎜⎟

⎝⎠

с учетом I

≈ I

окончательно имеем искомое

132

112

1II

βββ

⎛⎞

=++−

⎜⎟

⎝⎠

б)

ППбэ2 бэ 3

1 бэ

;0,7В;

VVV V

+−

−− −

ППбэ2 бэ 3

20 1, 4

18,6 кОм

1мА

VVV V

+−

−− −

−

===

в) Диапазон линейного изменения напряжения обусловлен работой транзи-

стора в активной области ВАХ и связан с напряжением питания V

= ±10 В,

напряжением насыщения V

нас

= 0,2 В и напряжением пробоя коллектор–

эмиттер (50 В) транзисторов.

Минимальное напряжение:

мин П бэ2 нас

10 0, 7 0, 2 9,1 В.VVVV=++=−++=−

Максимальное напряжение:

макс мин

50 41 ВVV=− =+

г) Выходное дифференциальное сопротивление

00 а

rg V

gdV

==≈

где V

– напряжение Эрли (обычно около 200 В), для I

= 10

-3

А и β = 100 име-

ем r

= 20 МОм;

д) Процентное изменение I

при изменении U

к2

на 1 В связано с выходным

дифференциальным сопротивлением r

как

00к 0

11 %

0,005 .

IdV Ir

⋅==

8.7. Логические элементы

а б

1 1 0 1 1 0 0 0

a b c d a b c d

8.8. Логическая схема и булевское выражение

8.9. D-триггер

Импульс

a b c d e

Состояние установ. сброс ожидан. установ. сброс

Выход Q 1 0 0 1 0

8.10. JK-триггер

Импульс

a b c d e f

Состоян. сброс триг. триг. устан. триг. ожид.

Выход Q 0 1 0 1 0 0

устан. – установка;

ожид. – ожидание (хранение);

триг. – триггер (счетный режим).

8.11. Мультиплексор

a b c d e f g h i

0 1 1 0 1 0 0 1 0

Да, можно, подключив на адресные входы 3–разрядный счетчик.

8.12. ОЗУ 16×4 бита

c d e f g h

Адрес 1111 1110 1101 0000 0000 1101 1110 1111

Данн. Q 1100 1000 1011 1111 неизв 1011 1000 1100

Состоян зап зап Зап ожид чтен чтен чтен чтен

Состояние CS WE выходы Q

Запись 0 0 1

Чтение 0 1 инверсия данных

Ожидание 1 * 1

Литература

1. Гуртов В. А. Сборник задач по физике поверхности полупроводников/

Учебное пособие. – Петрозаводск. ПетрГУ, 1985. 92 с.

2. Росадо Л. Физическая электроника и микроэлектроника / М. Высшая шко-

ла, 1991. 352 с.

3. Маллер Р., Кейминс Т. Элементы интегральных схем / М. Мир 1989. 630 с.

4. Бонч–Бруевич В. Л., Звягин И. П., Карпенко И. В., Миронов А. Г. Сборник

задач по физике полупроводников / М. Наука, 1987. 142 с.

5. Соклоф С. Аналоговые интегральные схемы / М., Мир, 1988. 583 с.

6. Dr. Geoff Childs (Oxford Brookes University), Optoelectonics, Mikkeli Poly-

technic, 1996. (Курс лекций по оптоэлекторнике)

Составители

Валерий Алексеевич Гуртов

Олег Николаевич Ивашенков

Сборник задач по микроэлектронике

Учебное пособие