Полупроводниковые устройства
Аннотация – в данной статье предпринята попытка описать все полупроводниковые устройства. Определены 67 «основных» устройств и 110 их модификаций. Все устройства помещены в группы и подгруппы по классификации, которая так же обсуждена. В конце статьи представлены комментарии автора, отражающие его собственную точку зрения.
Полупроводниковые устройства являются основой интегральных схем и ответственны за поразительный быстрый рост электронной индустрии в последние 50 лет по всему миру. В век информационных технологий требуются более быстрые и сложные системы, благодаря чему полупроводниковые устройства изучаются и улучшаются постоянно, изобретаются новые. Число устройств росло непрерывно, независимо от целей разработки: повышения быстродействия, снижения энергопотребления, увеличения степени интеграции, эффективности работы или увеличения функциональности. Сегодня существует примерно 100 полупроводниковых устройств, в зависимости от определения устройства [1]. Целью данной статьи является создание законченного списка полупроводниковых устройств и их классификация.
Для начала обсудим, что можно назвать отдельным полупроводниковым устройства, и нельзя назвать вариацией другого. На рис.1, например, показано, что принцип действия таких устройств как, например, ЖК дисплей, лазер, солнечная ячейка и туннельный диод основан на p-n-переходе. Можно ли назвать их разными устройствами, или все они вариации какого-то одного? Поскольку каждый из этих приборов создавался для своих конкретных целей, в них заложена разная физика, а структура отличается очень сильно. Солнечная ячейка предназначена для превращения энергии света в электрическую энергию. Физика этого явления сильно отличается от механизма превращения электрической энергии в световую в ЖК дисплее. Это, возможно, является аргументом в пользу того, чтобы называть ЖК дисплей, лазер, солнечную ячейку и туннельный диод разными устройствами. Подобным образом самые разные виды полевых транзисторов (MOSFET, MESFET, MODFET) можно назвать разными устройствами. Уровень различий более низкий. К примеру, диод зендера это выпрямительный p-n-переход с особым профилем распределения примеси, который задает точное значение напряжения пробоя, а варактор в котором есть тот же p-n-переход рассматривается как переменная емкость. Подобным образом тонкопленочные транзисторы (TFT) относятся к MOSFET, созданным на основе осажденных тонких пленок, а технология двойной диффузии MOS (DMOS) позволяет создавать каналы меньшей длины. Такие устройства имеют минимальные различия в структуре и режимах работы и могут быть рассмотрены как небольшие вариации основных устройств. Вот почему мы выделяем всего 67 «основных» устройств. Следующий уровень вариации дает нам 110 структур, которые можно отнести к основным устройствам. Такая классификация, конечно, может меняться со временем в ходе развития существующих и создания новых устройств.
Чтобы дать лучший обзор, мы разделили устройства в группы. Название группы описывает их функциональность или структуру. Все группы показаны на рис.2, и это: диоды, резисторы, емкости, двухполюсные переключатели, транзисторы, энергонезависимые ЗУ, тиристоры, фотоприемники и сенсоры. Важно отметить, что подобные группы указываются в литературе, но в то же время классификация может быть проведена иначе. В данной статье предложено приближение, которое является помощником поиска нужного из бесконечного числа существующих устройств. Таблица 1 в которой представлены все основные и сопутствующие устройства организована в виде схемы. Мы старались не игнорировать приборы, ставшие отдельными, в основном, за счет разработки новой концепции. Мы так же старались не дублировать приборы, уже разработанные в прошлом.
Имена групп хорошо описывают устройства, которые в них входят, но некоторые уточнения сделать необходимо. Слово «диод» пришло из вакуумной электроники и относится к двухэлементной диодной вакуумной трубе. Существуют так же триоды, тетроды и даже пентоды, с числом электродов соответственно 3, 4 и 5. Поскольку катод в лампе излучает заряды только одного типа (электроны), ВАХ лампового диода несимметрична, а сам диод обладает выпрямляющими свойствами. Полупроводниковые диоды переняли название, однако, некоторые из них не обладают выпрямляющими свойствами. Например, туннельный диод или диод Ганна (см. рис.3). В литературе диод определен как «электронный прибор, пропускающий ток только в одном направлении» [2] или «выпрямитель, состоящий из двух областей полупроводника...» [3]. В обоих случаях диод назван выпрямителем. Такое определение неверно в случае туннельного диода или диода Ганна. Более точное определение дано в работе [4] «полупроводниковый прибор, имеющий два контакта и обладающий нелинейной вольт-амперной характеристикой». По сути, любой прибор с двумя выводами обладающий нелинейной ВАХ является диодом, или любой прибор с двумя выводами, не являющийся резистором. Таким образом, исходное значение термина потерялось. Выпрямители сегодня это лишь категория диодов. Другая категория диодов это диоды с отрицательным дифференциальным сопротивлением. Их можно разделить на два типа: диоды одного типа работают в режиме отрицательного дифференциального сопротивления, диоды второго типа работают на малых переменных напряжениях и токах, которые не совпадают по фазе.
Уважаемый посетитель!
Чтобы распечатать файл, скачайте его (в формате Word).
Ссылка на скачивание - внизу страницы.
