В исторической перспективе некоторые электронные приборы с годами их изобретения показаны на рис.7. Ранние устройства не обязательно были в полупроводниковом исполнении, в частности резистор, воплотивший закон Ома в 1826 году. Вакуумные лампы появились с 1904 году и были главным компонентом электрических схем радиоаппаратуры вплоть до конца 40-х годов. Рождение полупроводниковой индустрии произошло в середине 1947 года, когда был изобретен биполярный транзистор. Но даже с тех пор изобретение новых полупроводниковых приборов было небыстрым, хотя некоторые из них были более коммерчески успешными, чем другие. На рис.7 показаны общие даты. У некоторых устройств нет точной даты изобретения, например у солнечной ячейки. Её начали создавать ещё в середине 70-х годов, с применением технологий MBE и MOCVD были созданы многие гетероструктуры которые не готов был принять рынок. Количество изобретенных устройств в год показано на рис.8. Из рисунка можно видеть, что рост этого количества со временем не большой. Единственное что стоит отметить, в 80-х новые устройства создавались как на основе планарной технологии так и на основе гетероструктур.
Полупроводниковые приборы можно рассмотреть как устройства, состоящие из нескольких основных блоков. Но несмотря на огромное число приборов, существует всего лишь пять таких блоков, которые являются переходами между материалами, показанными на энергетической диаграмме на рис.9. Это, слева направо, переход металл-полупроводник, переход между областями с разной степенью легирования, гетеропереход, переход полупроводник-изолятор и переход изолятор-металл. Переход металл-полупроводник, известный как барьер Шотки, включает в себя омический контакт, который есть в каждом полупроводниковом приборе. В переход областей с разным легированием входит обычный планарный переход. Гетеропереход является основой многих устройств. Например, в биполярном транзисторе два p-n-перехода. В полевом два p-n-перехода, один переход полупроводник-изолятор, и один переход изолятор-металл. С точки зрения технологии, доступные методы это: металлизация (переходы металл-полупроводник и металл-изолятор), имплантация и диффузия (области легирования), эпитаксия (гетеропереходы), и окисление или осаждение (переход полупроводник-изолятор).
Поскольку структура прибора меняется сильно, так же сильно меняются и механизмы индуцирования тока. Все механизмы перечислены в таблице 2. Ток может быть вызван дрейфом, диффузией, термоЭДС, туннельным эффектом, рекомбинацией, генерацией и лавинным размножением. Ток, ограниченный ОПЗ, не включен в таблицу, потому что не существует прибора, основной ток которого был бы таковым.
Наконец, мы обсудим приборы, сегодня называемые высокоскоростными. Какой прибор можно назвать таковым? Прибор, имеющий малое время отклика, или на основе которого создается высокоскоростная схема? Важно определиться в терминологии, поскольку в разных приборах существуют разные критерии быстродействия. В таблице 3 приведены разные параметры, по которым судят о быстродействии прибора. Наиболее фундаментальный параметр это время перехода – время, которое требуется носителям заряда для перемещения от истока к стоку или от эмиттера к коллектору. Прямые измерения этого параметра очень сложны. Следующий уровень это частотные параметры. Это максимальная частота, которую пропускает прибор, но не схема. Но и в этот параметр не входят некоторые паразитные эффекты, например выходная емкость. Простейший способ измерения схемы это самовозбуждение. Обычно схема проектируется с минимальным выходным сопротивлением и минимальным расстоянием соединений. Реальные схемы имеют большие емкости. С этой точки зрения для оптимизации более эффективно увеличивать проводимость транзистора, чем его внутренний отклик. Предсказать скорость работы схемы, время её отклика или работы в режиме самовозбуждения можно, но важно учитывать реальные паразитные емкости.
Были рассмотрены и названы 67 «основных» приборов и 110 их вариаций. Все устройства определены в 9 групп для лучшего обзора, так что сравнивать приборы внутри группы проще. Указаны пять основных переходов, или так называемых основных узлов прибора. Несмотря на активные исследования в области миниатюризации приборов, скорость разработки новых достаточно медленная. Несмотря на большое число приборов, лишь некоторые из них широко используются в индустрии, причем 80% рынка приходится на MOSFET. Существуют некоторые разногласия в определении диода, переключателя, униполярного/биполярного и т.д. Так же бывают случаи, когда одно и то же новое устройство имеет много имен. Я прошу всех инженеров прилагать максимальные усилия для придумывания простых и понятных названий.
Уважаемый посетитель!
Чтобы распечатать файл, скачайте его (в формате Word).
Ссылка на скачивание - внизу страницы.