Тема 1.6 Интегральные микросхемы (ИМС)

В данной теме с помощью учебной литературы и других источников информации следует изучить:

Задачи микроэлектроники. Классификация ИМС. Полупроводниковые интегральные микросхемы. Гибридные ИМС. Функциональная микроэлектроника. Цифровые и логические интегральные схемы. Интегральные схемы на МДП (МОП) транзисторах. Характеристика основных серий ИМС.

Методические указания.

При изучении данной темы необходимо разобраться в многообразии интегральных микросхем. Внимательно изучить классификацию.

ИМС. Рассмотрение интегральных микросхем следует начинать с полупроводниковых ИМС. Ознакомиться с основными технологическими особенностями полупроводниковых ИМС. Понятие о многоэмиттерных, многоколлекторных и супербеттатранзисторах. Структура диодов, резисторов, конденсаторов, транзисторов.

Изучить гибридные транзисторы.

Различают два вида гибридных интегральных микросхем: тонкопленочные ИС толстопленочные ИС.

Навесные элементы. Ознакомиться с технологией изготовления гибридных ИМС.

Рассмотреть различные виды функциональной микроэлектроники. К ней относятся: оптоэлектроника, акустоэлектроника, магнетоэлектроника, криоэлектроника, хемотроника, диэлектрическая электроника, биоэлектроника. При рассмотрении этих видов микроэлектроники следует разобраться в физической сущности явлений, лежащих в основе различных направлений функциональной микроэлектроники, возможности технической реализации. Особое внимание необходимо уделить цифровым и логическим интегральным схемам. После ознакомления с различными видами интегральных микросхем необходимо изучить систему обозначений ИМС. Воспользовавшись справочником, рассмотрите, чем характеризуются некоторые серии логических ИМС.

Вопросы для самопроверки.

1. Каковы задачи и перспективы развития микроэлектроники?

2. Какое устройство называется интегральной микросхемой?

3. Что называется элементом ИС?

4. Как степень интеграции зависит от количества элементов ИС?

5. Поясните устройство полупроводниковых ИС, укажите их преимущества и недостатки.

6. Поясните устройство гибридных ИС, укажите их достоинства и недостатки.

7. Почему новое направление микроэлектроники называют функциональной микроэлектроникой?

Тема 1.7 Оптоэлектронные приборы и приборы отображения информации

В данной теме с помощью учебной литературы и других источников информации следует изучить:

Устройство и принцип действия вакуумных и газонаполненных фотоэлементов.

Фотоэлементы с внешним фотоэффектом, их основные параметры и схемы включения. Фотоэлектронные умножители, их устройство и схемы включения.

Полупроводниковые фотоприборы с внутренним фотоэффектом.

Фоторезисторы, фотодиоды, фототранзисторы, фототиристоры, их устройство, принцип действия, схемы включения, схемное обозначение.

Светодиоды, принцип действия и основные характеристики.

Оптроны, их типы, устройство и принцип действия. Обозначения.

Достоинства оптронной связи в электрических цепях. Возможности применения оптронов.

Методические указания

Следует разобраться в том, что существует две разновидности фотоэлектронных приборов: с использованием внутреннего фотоэффекта и с использованием внешнего фотоэффекта. Различают два вида фотоэлементов с внешним фотоэффектом: вакуумные и газонаполненные. При изучении фотоэлементов с внешним фотоэффектом следует обратить внимание на явление фотоэмиссии и на ее зависимость от материала.

В фотоэлектронном умножителе ток фотоэлектронной эмиссии усиливается посредством вторичной электронной эмиссии. Фотоэлектронные умножители однокаскадные и многокаскадные.

К фотоэлектронным приборам с внутренним фотоэффектом относятся: фоторезисторы, фотодиоды и фототранзисторы.

Фотосопротивление – полупроводниковый элемент, снабженный двумя выводами и расположенный так, что на его фоточувствительный может падать свет. Следует разобраться, на чем основан принцип работы этого прибора.

Основными характеристиками фоторезистора являются вольтамперная и световая. Следует обратить внимание на линейность ВАХ, влияние светового потока на ее положение относительно осей координат; необходимо уяснить, что имеется начальный поток при световом потоке, равном нулю.

Следует разобраться в том, как работает фотодиод, каким образом в нем образуется фото-ЭДС. Необходимо различать вентильный режим работы фотодиода (без внешнего источника) и фотодиодный (с источником). Разобраться, как изменяется вольтамперная характеристика фотодиода при изменении интенсивности светового потока. Световая характеристика фотодиода нелинейна, ее особенностью является наличие тока при световом потоке, равном нулю. Основными параметрами фотодиода являются интегральная чувствительность, темновой ток, внутреннее сопротивление.

Фототранзистор можно включать как и транзистор по схеме с ОБ, ОЭ, ОК и с отключенной базой, отключенным эмиттером, отключенным коллектором. Наиболее распространены схемы с ОЭ и отключенной базой.

Следует разобраться, почему ток фототранзистора, а следовательно и его чувствительность во много раз больше, чем у фотодиода (в этом проявляется усилительное свойство фототранзистора).

Светодиодами называются приборы c p-n переходом, излучающие свет при прохождении через них прямого тока. Следует разобраться в физических процессах, происходящих в светодиоде, обратить внимание, от чего зависит цвет излучения, рассмотреть конструкцию, параметры и характеристики.

Оптронами называются приборы, в которых имеются излучатели светодиоды и фотоприемники, оптически и конструктивно связанные друг с другом.

Принцип действия любого оптрона основан на двойном преобразовании энергии: в светодиоде энергия электрического сигнала преобразуется в оптическое излучение, а в фотоприемниках, наоборот, оптический сигнал вызывает ток или напряжение. Следует обратить внимание, что с помощью оптрона появляется возможность бесконтактного (оптического) управления электронными объектами.

Вопросы для самопроверки

1. Опишите устройство и принцип действия вакуумного фотоэлемента.

2. Опишите устройство и принцип действия фотоэлектронного умножителя.

3. Поясните устройство и принцип действия фоторезистора.

4. Нарисуйте схему включения фоторезистора.

5. Укажите основные параметры фоторезистора.

6. Поясните устройство и принцип действия фотодиода.

7. Нарисуйте схему подключения фотодиода.

8. Поясните устройство и принцип действия фототранзистора.

9. Укажите основные области применения различных фотоэлектронных приборов.