माइक्रोइलेक्ट्रॉनिक्स की भौतिक नींव। माइक्रोइलेक्ट्रॉनिक्स की भौतिक नींव, व्याख्यान नोट्स गन डायोड पर आधारित जनरेटर के डिजाइन और पैरामीटर

सारापुल पॉलिटेक्निक संस्थान (शाखा)

राज्य शिक्षण संस्थान

उच्च व्यावसायिक शिक्षा

"इज़ेव्स्क राज्य तकनीकी विश्वविद्यालय"

साइप्रस विभाग

पाठ्यक्रम कार्य

अनुशासन: माइक्रोइलेक्ट्रॉनिक्स की भौतिक नींव।

विषय पर: अव्यवस्थाएँ। बर्गर वेक्टर. संपत्तियों पर अव्यवस्था का प्रभाव

निर्माण सामग्री।

हो गया: जाँचा गया:

छात्र जीआर. 471 शिक्षक

वोल्कोव ए.वी. इवाननिकोव वी.पी.

सारापुल, 2010

परिचय................................................. ....... .................. 1

अव्यवस्था के प्रकार................................................... ............ ... ..2

कंटूर और बर्गर वेक्टर......................................2-3

अव्यवस्था आंदोलन................................................. ... ...3-4

अव्यवस्था घनत्व................................................. ...4

अव्यवस्था पर कार्य करने वाला बल.................................4-5

अव्यवस्था ऊर्जा................................................. ... ..5

अव्यवस्थाओं का पुनरुत्पादन और संचय.................................5-6

फ्रैंक अव्यवस्थाएं और स्टैकिंग दोष................6

क्रिस्टल की अव्यवस्थाएं और भौतिक गुण....7

अव्यवस्था की उपस्थिति पर शक्ति की निर्भरता...7-8

क्रिस्टल वृद्धि................................................. ............8

अव्यवस्थाएं और विद्युत चालकता...................................8-9

निष्कर्ष................................................. ..................10

सन्दर्भों की सूची................................................... 11

परिचय

अव्यवस्था सिद्धांत 50 के दशक में सामने आया। पिछली सदी इस तथ्य के कारण कि सामग्रियों की ताकत की सैद्धांतिक गणना व्यावहारिक से काफी भिन्न थी।

क्रिस्टल की सैद्धांतिक कतरनी ताकत की गणना सबसे पहले फ्रेनकेल द्वारा की गई थी, जो कतरनी तनाव से विस्थापित परमाणुओं की दो पंक्तियों के एक सरल मॉडल पर आधारित थी। अंतरतलीय दूरी (पंक्तियों के बीच की दूरी) के बराबर होती है ए , और फिसलने की दिशा में परमाणुओं के बीच की दूरी बराबर होती है बी . कतरनी तनाव के तहत τ परमाणुओं की ये पंक्तियाँ एक-दूसरे के सापेक्ष विस्थापित हो जाती हैं, जैसे बिंदुओं पर संतुलन की स्थिति में समाप्त हो जाती हैं ए , में और साथ , डी , जहां किसी दिए गए कतरनी विन्यास के लिए आवश्यक कतरनी तनाव शून्य है। मध्यवर्ती स्थितियों में, कतरनी तनाव के सीमित मान होते हैं, जो समय-समय पर जाली के आयतन में बदलते रहते हैं। कतरनी तनाव मान लें τ ऑफसेट का एक कार्य होगा एक्स अवधि के साथ बी :

छोटे ऑफसेट के लिए:

हुक के नियम का उपयोग करना:

, (1.3)

जहाँ G अपरूपण मापांक है, और – कतरनी विकृति, आनुपातिकता गुणांक ज्ञात करें को :

इस मान को प्रतिस्थापित करना को (1.1) में हमें मिलता है:

अधिकतम मूल्य τ , उस वोल्टेज के अनुरूप जिस पर जाली अस्थिर अवस्था में चली जाती है:

स्वीकार किया जा सकता है ए ≈ बी , फिर कतरनी तनाव

इस तरह से गणना की गई विभिन्न सामग्रियों का सैद्धांतिक कतरनी तनाव व्यावहारिक मूल्यों की तुलना में काफी अधिक निकला। तो तांबे के लिए

सैद्धांतिक मूल्य

सैद्धांतिक और व्यावहारिक परिणामों के बीच मजबूत विसंगति के कारण, क्रिस्टल में सूक्ष्म रैखिक दोष और अव्यवस्था की उपस्थिति मान ली गई थी।

अव्यवस्थाएं क्रिस्टल के दो हिस्सों के बीच विस्थापन में असंतुलन हैं, जिनमें से एक में विस्थापन होता है और दूसरे में नहीं। इस प्रकार, विरूपण को स्लिप प्लेन के साथ अव्यवस्थाओं के अनुक्रमिक मार्ग द्वारा दर्शाया जाता है, न कि पूरे क्रिस्टल में एक साथ कतरनी द्वारा।

अव्यवस्थाओं के प्रकार.

अव्यवस्थाओं के दो मुख्य प्रकार हैं: किनारा और पेंच।

1. किनारे की अव्यवस्था।

किनारे के विस्थापन मॉडल को लोचदार रूप से ठोस शरीर के एक टुकड़े में अंतराल को काटकर दर्शाया जा सकता है ए बी सी डी , पंक्ति के साथ समाप्त होता है अब इस टुकड़े के अंदर (चित्र 1)। एक तरफ की सामग्री चलती है, जिससे एक कदम बनता है सीडीईएफ . रेखा ए बी , अंतराल के अंत के अनुरूप, विकृत और अविकृत सामग्री के बीच की सीमा है, उन बिंदुओं को निर्धारित करती है जहां अव्यवस्था रेखा शरीर की सतह से बाहर निकलती है।

चित्र.1 चित्र.2

चित्र 2 एक साधारण घन जाली में किनारे की अव्यवस्था का एक दृश्य मॉडल दिखाता है। किनारे की अव्यवस्था स्लिप प्लेन बी के लंबवत एक अतिरिक्त आधे-प्लेन ए की उपस्थिति के कारण होती है (चित्र 2)।

अतिरिक्त अर्ध-तल स्लिप तल के ऊपर हो सकता है (जैसा कि चित्र 2 में है), तो अव्यवस्था को सकारात्मक कहा जाता है यदि अर्ध-तल नीचे है, तो यह नकारात्मक है;

2. पेंच अव्यवस्था:

स्क्रू डिस्लोकेशन मॉडल किनारे डिस्लोकेशन के समान है, लेकिन स्क्रू डिस्लोकेशन की दिशा लाइन एबी के समानांतर है, और एक चरण एडीईएफ बनता है (चित्र 3)।

चित्र 3 पेंच अव्यवस्था मॉडल।

बर्गर की रूपरेखा और वेक्टर:

क्रिस्टल में अव्यवस्थाओं का वर्णन करने के लिए, बर्गर समोच्च और वेक्टर की अवधारणा पेश की गई है। एक पूर्ण जाली में खींचा गया एक समोच्च एक बंद आयत है जिसमें खींचे गए वैक्टरों में से अंतिम चित्र 4 में शुरुआती बिंदु पर आता है। अव्यवस्था को घेरने वाले समोच्च में एक असंततता होती है, और समोच्च को बंद करने के लिए जिस वेक्टर को खींचा जाना चाहिए उसे बर्गर्स वेक्टर कहा जाता है, और खींचे गए समोच्च को बर्गर्स समोच्च कहा जाता है। बर्गर्स वेक्टर विच्छेदन के परिमाण और दिशाओं को निर्धारित करता है, यह आमतौर पर एक अंतरपरमाणु दूरी के बराबर होता है और विस्थापन की पूरी लंबाई के साथ स्थिर होता है, भले ही इसकी दिशा या स्थान बदलता हो। एक पूर्ण क्रिस्टल में, बर्गर वेक्टर शून्य होता है। किनारे की अव्यवस्था वाले क्रिस्टल में, यह स्लिप दिशा के समानांतर होता है और चित्र 5 में स्लिप वेक्टर से मेल खाता है। स्क्रू डिस्लोकेशन वाले क्रिस्टल में, यह स्लिप प्लेन के लंबवत होता है चित्र 6

चित्र.4 चित्र.5 चित्र.6

क्रिस्टल में, अव्यवस्थाएं भी संभव हैं जो पूरी तरह से क्रिस्टल के अंदर होती हैं, और इसकी सतह तक विस्तारित नहीं होती हैं, जैसा कि ऊपर चर्चा की गई है। क्रिस्टल के भीतर अव्यवस्थाओं को अन्य अव्यवस्थाओं, अनाज सीमाओं और अन्य इंटरफेस पर बाधित किया जा सकता है। इसलिए, क्रिस्टल के अंदर अव्यवस्था लूप या अव्यवस्थाओं के इंटरकनेक्टेड नेटवर्क संभव हैं। इस तरह के अव्यवस्था को अविकसित क्षेत्र से एक अंगूठी या लूप के रूप में एक अव्यवस्था रेखा द्वारा अलग किया जा सकता है, इसे क्रिस्टल में एक शरीर को दबाकर प्राप्त किया जा सकता है; चित्र 7 क्षेत्र एबीसीडी पर इंडेंटेशन द्वारा प्रिज्मीय अव्यवस्था के गठन को दर्शाता है।

जिस बिंदु पर तीन अव्यवस्थाएं एक साथ जुड़ती हैं, उनके चित्र 7 बर्गर वेक्टर संबंध से संबंधित होते हैं:

अव्यवस्था आंदोलन.

अव्यवस्थाओं का एक महत्वपूर्ण गुण यांत्रिक तनाव के प्रभाव में चलने की उनकी क्षमता है। बर्गर वेक्टर बी के साथ मिश्रित अव्यवस्था के एक प्राथमिक खंड डीएल को दिशा डीजेड में जाने दें। इन तीन वैक्टरों पर निर्मित वॉल्यूम:

डीवी = (डीजेड×डीएल) बी, (1.8)

जब कोई अव्यवस्था चलती है तो क्रिस्टल में घूमने वाली सामग्री की मात्रा के बराबर होती है। यदि V=0, तो अव्यवस्था की गति बड़े पैमाने पर स्थानांतरण या क्रिस्टल की मात्रा में परिवर्तन के साथ नहीं होती है। यह एक रूढ़िवादी आंदोलन, या स्लाइडिंग है। किनारे और मिश्रित अव्यवस्थाओं के लिए जिनके लिए बर्गर वेक्टर बी अव्यवस्था रेखा डीएल के समानांतर नहीं है, वेक्टर बी और डीएल द्वारा परिभाषित विमान में स्लिप होती है: अभिव्यक्ति (1.8) शून्य के बराबर है यदि डीजेड उसी विमान में स्थित है वैक्टर बी और डीएल। जाहिर है, किसी किनारे या मिश्रित अव्यवस्था का स्लिप प्लेन वह विमान है जिसमें अव्यवस्था और उसके बर्गर वेक्टर स्थित होते हैं। एक किनारे की अव्यवस्था अपने स्वयं के स्लिप प्लेन में बेहद गतिशील है। किनारे की अव्यवस्था की गति को अव्यवस्था रेखा की पूरी लंबाई के साथ सटे परमाणुओं के अनुक्रमिक क्रमिक आंदोलन के रूप में दर्शाया जा सकता है, साथ ही इन परमाणुओं के बीच बंधनों का पुनर्वितरण भी होता है। ऐसी प्रत्येक घटना के बाद, अव्यवस्था एक अंतरपरमाणु दूरी तय करती है। इस मामले में, अव्यवस्थाओं की गति का कारण बनने वाला तनाव सामग्री के कतरनी तनाव से काफी कम है। इस तरह के आंदोलन के परिणामस्वरूप, अव्यवस्था क्रिस्टल की सतह तक पहुंच सकती है और गायब हो सकती है। इस प्रकार, स्लिप प्लेन द्वारा अलग किए गए क्रिस्टल के क्षेत्र, अव्यवस्था की रिहाई के बाद, एक अंतर-परमाणु दूरी (छवि 8) द्वारा स्थानांतरित हो जाएंगे।

रूसी संघ के शिक्षा मंत्रालय

ओर्योल राज्य तकनीकी विश्वविद्यालय

भौतिकी विभाग

अमूर्त

विषय पर: "गन प्रभाव और जनरेटर मोड में काम करने वाले डायोड में इसका उपयोग।"

अनुशासन: "माइक्रोइलेक्ट्रॉनिक्स की भौतिक नींव"

समूह 3-4 सीनेटर डी.जी. के एक छात्र द्वारा पूरा किया गया।

पर्यवेक्षक:

गरुड़। 2000

गन प्रभाव और जनरेटर मोड में काम करने वाले डायोड में इसका उपयोग।

माइक्रोवेव दोलनों को बढ़ाने और उत्पन्न करने के लिए, कुछ अर्धचालक यौगिकों में, मुख्य रूप से गैलियम आर्सेनाइड में, विद्युत क्षेत्र की ताकत पर इलेक्ट्रॉन वेग की विसंगतिपूर्ण निर्भरता का उपयोग किया जा सकता है। इस मामले में, मुख्य भूमिका अर्धचालक के थोक में होने वाली प्रक्रियाओं द्वारा निभाई जाती है, न कि अंदर पी - एन-संक्रमण। सजातीय GaAs नमूनों में माइक्रोवेव दोलनों का सृजन एन-एक थ्रेशोल्ड मान से ऊपर निरंतर विद्युत क्षेत्र की ताकत पर प्रकार पहली बार 1963 में जे. गन द्वारा देखा गया था (इसलिए, ऐसे उपकरणों को गन डायोड कहा जाता है)। रूसी साहित्य में इन्हें भी कहा जाता है वॉल्यूमेट्रिक अस्थिरता वाले उपकरणया साथ में इंटरवलली इलेक्ट्रॉन स्थानांतरण,चूंकि डायोड के सक्रिय गुण "केंद्रीय" ऊर्जा घाटी से "पक्ष" तक इलेक्ट्रॉनों के संक्रमण से निर्धारित होते हैं, जहां उन्हें एक बड़े प्रभावी द्रव्यमान और कम गतिशीलता की विशेषता होती है। विदेशी साहित्य में, अंतिम नाम TED शब्द से मेल खाता है ( स्थानांतरित इलेक्ट्रॉन उपकरण).

एक कमजोर क्षेत्र में, इलेक्ट्रॉन गतिशीलता अधिक होती है और इसकी मात्रा 6000-8500 सेमी 2 /(Vs) होती है। जब क्षेत्र की ताकत 3.5 केवी/सेमी से अधिक होती है, तो कुछ इलेक्ट्रॉनों के "साइड" घाटी में संक्रमण के कारण, बढ़ते क्षेत्र के साथ इलेक्ट्रॉनों का औसत बहाव वेग कम हो जाता है। विभेदक गतिशीलता मापांक का उच्चतम मूल्य गिरते हुए खंड में गतिशीलता कमजोर क्षेत्रों की तुलना में लगभग तीन गुना कम है। 15-20 केवी/सेमी से ऊपर क्षेत्र की ताकत पर, औसत इलेक्ट्रॉन वेग क्षेत्र से लगभग स्वतंत्र है और लगभग 10 7 सेमी/सेकेंड है, इसलिए अनुपात , और वेग-क्षेत्र विशेषता का लगभग अनुमान लगाया जा सकता है जैसा कि चित्र 1 में दिखाया गया है। नकारात्मक अंतर चालकता (एनडीसी) स्थापित करने का समय "केंद्रीय" घाटी में इलेक्ट्रॉन गैस के ताप समय का योग है (GaAs के लिए ~10-12 सेकंड), जो ऊर्जा विश्राम समय स्थिरांक और अंतराल संक्रमण समय द्वारा निर्धारित होता है ( ~5-10-14 सेकंड)।

किसी को उम्मीद होगी कि समान रूप से डोप किए गए GaAs नमूने के साथ विद्युत क्षेत्र के एक समान वितरण के साथ एनडीसी क्षेत्र में विशेषता के गिरते खंड की उपस्थिति से डायोड की वर्तमान-वोल्टेज विशेषता पर गिरते खंड की उपस्थिति होगी, चूंकि डायोड के माध्यम से संवहन धारा का मान इस प्रकार परिभाषित किया गया है, जहां; -संकर अनुभागीय क्षेत्र; - संपर्कों के बीच नमूने की लंबाई. इस खंड में, डायोड में नकारात्मक सक्रिय चालकता होगी और इसका उपयोग सुरंग डायोड के समान दोलन उत्पन्न करने और बढ़ाने के लिए किया जा सकता है। हालाँकि, व्यवहार में, एनडीसी के साथ अर्धचालक सामग्री के नमूने में इस तरह के शासन का कार्यान्वयन क्षेत्र और अंतरिक्ष चार्ज की अस्थिरता के कारण मुश्किल है। जैसा कि § 8.1 में दिखाया गया था, इस मामले में स्पेस चार्ज के उतार-चढ़ाव से कानून के अनुसार स्पेस चार्ज में वृद्धि होती है

,

ढांकता हुआ विश्राम स्थिरांक कहाँ है; -मूल में इलेक्ट्रॉनों की सांद्रता एन-GaAs. एक सजातीय नमूने में जिस पर एक स्थिर वोल्टेज लागू किया जाता है , इलेक्ट्रॉन सांद्रता में स्थानीय वृद्धि से एक नकारात्मक चार्ज परत (छवि 2) की उपस्थिति होती है, जो कैथोड से एनोड तक नमूने के साथ चलती है।

चित्र .1। GaAs के लिए विद्युत क्षेत्र की ताकत पर इलेक्ट्रॉन बहाव वेग की अनुमानित निर्भरता।

अंक 2। समान रूप से डोप किए गए GaAs में संचय परत के निर्माण की प्रक्रिया को समझाने के लिए।

कैथोड से हमारा तात्पर्य उस नमूने से संपर्क से है जिस पर एक नकारात्मक क्षमता लागू होती है। इस मामले में उत्पन्न होने वाले आंतरिक विद्युत क्षेत्र एक स्थिर क्षेत्र पर आरोपित होते हैं, जिससे परत के दाईं ओर क्षेत्र की ताकत बढ़ जाती है और बाईं ओर घट जाती है (चित्र 2, ए)। परत के दाईं ओर इलेक्ट्रॉनों की गति कम हो जाती है, और बाईं ओर यह बढ़ जाती है। इससे गतिशील संचय परत में और वृद्धि होती है और नमूने में क्षेत्र का तदनुरूप पुनर्वितरण होता है (चित्र 2, बी)। आमतौर पर, एक अंतरिक्ष आवेश परत कैथोड पर न्यूक्लियेट होती है, क्योंकि कैथोड ओमिक संपर्क के पास बढ़ी हुई इलेक्ट्रॉन सांद्रता और कम विद्युत क्षेत्र की ताकत वाला एक क्षेत्र होता है। एनोड की ओर इलेक्ट्रॉनों की गति के कारण एनोड संपर्क के पास होने वाले उतार-चढ़ाव को विकसित होने का समय नहीं मिलता है।

हालाँकि, ऐसा विद्युत क्षेत्र वितरण अस्थिर है और, यदि नमूने में एकाग्रता, गतिशीलता या तापमान में उछाल के रूप में असमानता है, तो यह तथाकथित में बदल सकता है मजबूत क्षेत्र डोमेन.विद्युत क्षेत्र की ताकत पॉइसन समीकरण द्वारा इलेक्ट्रॉन एकाग्रता से संबंधित है, जो एक-आयामी मामले के लिए रूप है

(1)

नमूने के हिस्से में विद्युत क्षेत्र में वृद्धि के साथ इस क्षेत्र की सीमाओं पर एक अंतरिक्ष आवेश की उपस्थिति होगी, कैथोड पक्ष पर नकारात्मक और एनोड पक्ष पर सकारात्मक (चित्र 3, ए)। इस स्थिति में, क्षेत्र के अंदर इलेक्ट्रॉनों की गति चित्र 1 के अनुसार कम हो जाती है। कैथोड की ओर से इलेक्ट्रॉन इस क्षेत्र के अंदर के इलेक्ट्रॉनों को पकड़ लेंगे, जिससे नकारात्मक चार्ज बढ़ जाता है और एक इलेक्ट्रॉन-समृद्ध परत बन जाती है। एनोड की ओर से इलेक्ट्रॉन आगे की ओर बढ़ेंगे, जिससे धनात्मक आवेश बढ़ जाएगा और एक क्षीण परत बन जाएगी। इससे उतार-चढ़ाव क्षेत्र में क्षेत्र में और वृद्धि होती है क्योंकि चार्ज एनोड की ओर बढ़ता है और अंतरिक्ष चार्ज के द्विध्रुवीय क्षेत्र की सीमा में वृद्धि होती है। यदि डायोड पर लागू वोल्टेज स्थिर रखा जाता है, तो जैसे-जैसे द्विध्रुव डोमेन बढ़ता है, इसके बाहर का क्षेत्र कम हो जाएगा (चित्र 3, बी)। डोमेन में फ़ील्ड में वृद्धि तब रुक जाएगी जब इसकी गति डोमेन के बाहर इलेक्ट्रॉनों की गति के बराबर हो जाएगी। यह तो स्पष्ट है . डोमेन के बाहर विद्युत क्षेत्र की ताकत (चित्र 3, सी) थ्रेशोल्ड ताकत से कम होगी, जिससे डोमेन के बाहर इलेक्ट्रॉनों के अंतराल संक्रमण और दूसरे डोमेन के गठन को असंभव बना दिया जाता है जब तक कि पहले से बने एक के गायब न हो जाए। एनोड. एक स्थिर उच्च-क्षेत्र डोमेन के गठन के बाद, कैथोड से एनोड तक अपनी गति के दौरान डायोड के माध्यम से धारा स्थिर रहती है।

चित्र 3. द्विध्रुवीय डोमेन के निर्माण की प्रक्रिया की व्याख्या करना।

एनोड पर डोमेन गायब होने के बाद, नमूने में क्षेत्र की ताकत बढ़ जाती है, और जब यह मूल्य तक पहुंच जाता है, तो एक नए डोमेन का निर्माण शुरू हो जाता है। इस मामले में, करंट अधिकतम मान तक पहुँच जाता है (चित्र 4, सी)

(2)

गन डायोड के संचालन के इस तरीके को कहा जाता है उड़ान मोड।पारगमन मोड में, डायोड के माध्यम से धारा में एक अवधि के साथ पल्स शामिल होते हैं . डायोड उड़ान आवृत्ति के साथ माइक्रोवेव दोलन उत्पन्न करता है , मुख्य रूप से नमूने की लंबाई से निर्धारित होता है और लोड पर कमजोर रूप से निर्भर होता है (यह वास्तव में ये दोलन थे जो गन ने GaAs और InP से नमूनों का अध्ययन करते समय देखे थे)।

गन डायोड में इलेक्ट्रॉनिक प्रक्रियाओं को पॉइसन समीकरण, निरंतरता और कुल वर्तमान घनत्व को ध्यान में रखते हुए माना जाना चाहिए, जो एक-आयामी मामले के लिए निम्नलिखित रूप हैं:

; (3)

. (4)

चित्र.4. गन डायोड जनरेटर (ए) के समतुल्य सर्किट और ट्रांजिट मोड (सी) में गन डायोड के माध्यम से वोल्टेज (बी) और वर्तमान की समय निर्भरता और देरी (डी) और डोमेन डंपिंग (ई) के साथ मोड में।

डायोड पर तात्कालिक वोल्टेज। कुल धारा निर्देशांक पर निर्भर नहीं करती है और यह समय का एक कार्य है। प्रसार गुणांक को अक्सर विद्युत क्षेत्र से स्वतंत्र माना जाता है।

डायोड के मापदंडों (सामग्री की डोपिंग की डिग्री और प्रोफ़ाइल, नमूने की लंबाई और क्रॉस-अनुभागीय क्षेत्र और उसके तापमान) के साथ-साथ आपूर्ति वोल्टेज और लोड गुणों पर निर्भर करता है, गन डायोड, एक माइक्रोवेव जनरेटर और एम्पलीफायर के रूप में, विभिन्न मोड में काम कर सकता है: डोमेन, सीमित स्पेस चार्ज संचय (ओएनजेड, विदेशी साहित्य में एलएसए - लिमिटेड स्पेस चार्ज संचय), हाइब्रिड, स्पेस चार्ज की यात्रा तरंगें, नकारात्मक चालकता।

डोमेन ऑपरेटिंग मोड.

गन डायोड के संचालन के डोमेन मोड को दोलन अवधि के एक महत्वपूर्ण भाग के दौरान नमूने में एक गठित द्विध्रुवीय डोमेन की उपस्थिति की विशेषता होती है। एक स्थिर द्विध्रुवीय डोमेन की विशेषताओं पर [?] में विस्तार से चर्चा की गई है, जहां यह दिखाया गया है कि (1), (3) और (4) से यह पता चलता है कि डोमेन की गति और उसमें अधिकतम क्षेत्र की ताकत संबंधित हैं समान क्षेत्रफल का नियम

. (5)

(5) के अनुसार, चित्र 5, ए में छायांकित और रेखाओं द्वारा सीमित क्षेत्र समान हैं। जैसा कि चित्र से देखा जा सकता है, डोमेन में अधिकतम क्षेत्र की ताकत डोमेन के बाहर के क्षेत्र से काफी अधिक है और दसियों केवी/सेमी तक पहुंच सकती है।

चित्र.5. द्विध्रुवीय डोमेन के मापदंडों को निर्धारित करने के लिए।

चित्र 5, बी डोमेन वोल्टेज की निर्भरता को दर्शाता है इसके बाहर विद्युत क्षेत्र की ताकत पर, डोमेन की लंबाई कहां है (चित्र 3, सी)। वहां, एक दिए गए वोल्टेज पर लंबाई के साथ डायोड की एक "इंस्ट्रूमेंट लाइन" बनाई गई थी, इस तथ्य को ध्यान में रखते हुए कि डायोड पर कुल वोल्टेज है। चौराहे की जगह एडोमेन का वोल्टेज और उसके बाहर क्षेत्र की ताकत निर्धारित करता है। यह ध्यान में रखा जाना चाहिए कि डोमेन निरंतर वोल्टेज पर होता है हालाँकि, यह तब भी मौजूद हो सकता है, जब एनोड की ओर डोमेन की गति के दौरान, डायोड पर वोल्टेज मान (चित्र 5, बी में बिंदीदार रेखा) तक कम हो जाता है। यदि डायोड पर वोल्टेज को और कम कर दिया जाए ताकि यह डोमेन विलुप्त होने वाले वोल्टेज से कम हो जाए, तो परिणामी डोमेन हल हो जाएगा। अवमंदन वोल्टेज उस क्षण से मेल खाता है जब "यंत्र सीधी रेखा" चित्र 5, बी में रेखा को छूती है।

इस प्रकार, डोमेन गायब होने का वोल्टेज डोमेन गठन की सीमा वोल्टेज से कम हो जाता है। जैसा कि चित्र 5 से देखा जा सकता है, डोमेन के बाहर क्षेत्र की ताकत पर डोमेन पर अतिरिक्त वोल्टेज की तीव्र निर्भरता के कारण, डायोड पर वोल्टेज बदलने पर डोमेन के बाहर का क्षेत्र और डोमेन की गति थोड़ा बदल जाती है। अतिरिक्त वोल्टेज मुख्य रूप से डोमेन में अवशोषित होता है। पहले से ही डोमेन गति संतृप्ति गति से केवल थोड़ी अलग है और इसे लगभग माना जा सकता है, और इसलिए, डायोड की विशेषता के रूप में उड़ान आवृत्ति, आमतौर पर अभिव्यक्ति द्वारा निर्धारित की जाती है:

(6)

डोमेन की लंबाई दाता अशुद्धता की सांद्रता के साथ-साथ डायोड पर वोल्टेज पर निर्भर करती है और 5-10 माइक्रोमीटर है। अशुद्धता सांद्रता में कमी से क्षय परत में वृद्धि के कारण डोमेन का विस्तार होता है। एक डोमेन का निर्माण एक सीमित समय में होता है और यह नकारात्मक अंतर चालकता की स्थापना और अंतरिक्ष चार्ज में वृद्धि से जुड़ा होता है। छोटे विक्षोभ के मोड में अंतरिक्ष आवेश के बढ़ने का समय स्थिरांक ढांकता हुआ विश्राम स्थिरांक के बराबर है और नकारात्मक अंतर गतिशीलता और इलेक्ट्रॉन एकाग्रता द्वारा निर्धारित किया जाता है। अधिकतम मूल्य पर, जबकि ओडीपी स्थापना का समय कम है। इस प्रकार, डोमेन निर्माण का समय काफी हद तक स्पेस चार्ज पुनर्वितरण की प्रक्रिया द्वारा निर्धारित होता है। यह प्रारंभिक क्षेत्र की विषमता, डोपिंग स्तर और लागू वोल्टेज पर निर्भर करता है।

चित्र 6. गुन डायोड.

यह लगभग माना जाता है कि डोमेन को निम्नलिखित समय में पूरी तरह से बनने का समय मिलेगा:

कहाँ व्यक्त किया गया है. डोमेन मोड के बारे में बात करना तभी समझ में आता है जब नमूने में इलेक्ट्रॉनों की उड़ान के दौरान डोमेन के बनने का समय हो। इसलिए, द्विध्रुवीय डोमेन के अस्तित्व की शर्त या तो है .

इलेक्ट्रॉन सांद्रता और नमूने की लंबाई के उत्पाद को कहा जाता है गंभीरऔर निरूपित करें. यह मान गन डायोड के डोमेन मोड और एक समान रूप से डोप किए गए नमूने में स्थिर विद्युत क्षेत्र वितरण वाले मोड के बीच की सीमा है। जब एक मजबूत फ़ील्ड डोमेन नहीं बनता है, तो नमूना बुलाया जाता है स्थिर।विभिन्न डोमेन मोड संभव हैं. प्रकार का मानदंड, कड़ाई से बोलते हुए, केवल उन संरचनाओं के लिए मान्य है जिनमें कैथोड और एनोड के बीच सक्रिय परत की लंबाई अनुप्रस्थ आयामों से बहुत कम है: (छवि 6, ए), जो एक आयामी समस्या से मेल खाती है और समतल और मेसास्ट्रक्चर के लिए विशिष्ट है। पतली फिल्म संरचनाओं (चित्र 6, बी) में GaAs की एक एपिटैक्सियल सक्रिय परत होती है 1 लंबाई उच्च-प्रतिरोध वाले सब्सट्रेट के बीच स्थित हो सकती है 3 और इन्सुलेट ढांकता हुआ फिल्म 2 उदाहरण के लिए, SiO2 से बनाया गया। ओमिक एनोड और कैथोड संपर्क फोटोलिथोग्राफी विधियों का उपयोग करके निर्मित किए जाते हैं। डायोड का अनुप्रस्थ आकार उसकी लंबाई के बराबर हो सकता है। इस मामले में, डोमेन के निर्माण के दौरान बनने वाले अंतरिक्ष आवेश आंतरिक विद्युत क्षेत्र बनाते हैं जिनमें न केवल एक अनुदैर्ध्य घटक होता है, बल्कि एक अनुप्रस्थ घटक भी होता है (चित्र 6, सी)। इससे एक-आयामी समस्या की तुलना में क्षेत्र में कमी आती है। जब सक्रिय फिल्म की मोटाई छोटी होती है, तो डोमेन अस्थिरता की अनुपस्थिति के मानदंड को स्थिति से बदल दिया जाता है। ऐसी संरचनाओं के लिए, विद्युत क्षेत्र के स्थिर वितरण के साथ, यह अधिक हो सकता है।

डोमेन निर्माण का समय माइक्रोवेव दोलनों के आधे-चक्र से अधिक नहीं होना चाहिए। इसलिए, एक गतिशील डोमेन के अस्तित्व के लिए दूसरी शर्त है, जिससे, (1) को ध्यान में रखते हुए, हम प्राप्त करते हैं .

उड़ान के समय और माइक्रोवेव दोलनों की अवधि के अनुपात के साथ-साथ निरंतर वोल्टेज के मूल्यों और उच्च आवृत्ति वोल्टेज के आयाम के आधार पर, निम्नलिखित डोमेन मोड को महसूस किया जा सकता है: उड़ान-की- उड़ान, डोमेन विलंब के साथ मोड, डोमेन के दमन (शमन) के साथ मोड। आइए गुंजयमान आवृत्ति पर सक्रिय प्रतिरोध के साथ समानांतर ऑसिलेटिंग सर्किट के रूप में लोड पर चलने वाले गन डायोड के मामले में इन मोड में होने वाली प्रक्रियाओं पर विचार करें और डायोड को कम आंतरिक प्रतिरोध वाले वोल्टेज जनरेटर द्वारा संचालित किया जा रहा है (देखें) चित्र 4ए)। इस मामले में, डायोड पर वोल्टेज साइनसॉइडल कानून के अनुसार बदलता है। पर जनरेशन संभव है।

कम भार प्रतिरोध पर, कब, कहाँ - कमजोर क्षेत्रों में गन डायोड का प्रतिरोध, उच्च आवृत्ति वोल्टेज का आयाम छोटा है और डायोड पर तात्कालिक वोल्टेज थ्रेशोल्ड मान से अधिक है (चित्र 4 बी, वक्र 1 देखें)। यहां, पहले माना गया ट्रांज़िट मोड तब होता है, जब डोमेन के निर्माण के बाद, डायोड के माध्यम से करंट स्थिर और बराबर रहता है (चित्र 9.39, सी देखें)। जब डोमेन गायब हो जाता है, तो करंट बढ़ जाता है। GaAs के लिए. उड़ान मोड में दोलनों की आवृत्ति बराबर होती है। चूंकि अनुपात छोटा है, दक्षता ट्रांज़िट मोड में काम करने वाले गन डायोड जनरेटर की संख्या कम है और इस मोड का आमतौर पर कोई व्यावहारिक अनुप्रयोग नहीं है।

जब डायोड उच्च प्रतिरोध वाले सर्किट पर काम करता है, तो प्रत्यावर्ती वोल्टेज का आयाम काफी बड़ा हो सकता है, जिससे अवधि के कुछ भाग के दौरान डायोड पर तात्कालिक वोल्टेज थ्रेशोल्ड से कम हो जाता है (चित्र में वक्र 2 के अनुरूप) .4बी). ऐसे में वे बात करते हैं डोमेन निर्माण में देरी के साथ मोड।एक डोमेन तब बनता है जब डायोड पर वोल्टेज थ्रेशोल्ड से अधिक हो जाता है, यानी समय में एक पल में (चित्र 4, डी देखें)। डोमेन के निर्माण के बाद, डायोड धारा कम हो जाती है और डोमेन की उड़ान के समय ऐसी ही रहती है। जब किसी समय एनोड पर डोमेन गायब हो जाता है, तो डायोड पर वोल्टेज थ्रेशोल्ड से कम होता है और डायोड एक सक्रिय प्रतिरोध का प्रतिनिधित्व करता है। करंट में परिवर्तन डायोड में वोल्टेज के समानुपाती होता है जब तक कि करंट अपने अधिकतम मूल्य तक नहीं पहुंच जाता और डायोड में वोल्टेज थ्रेशोल्ड के बराबर नहीं हो जाता। एक नए डोमेन का निर्माण शुरू होता है, और पूरी प्रक्रिया दोहराई जाती है। वर्तमान पल्स की अवधि एक नए डोमेन के गठन में देरी के समय के बराबर है। डोमेन निर्माण का समय और की तुलना में छोटा माना जाता है। जाहिर है, ऐसा मोड संभव है यदि उड़ान का समय सीमा के भीतर हो और उत्पन्न दोलनों की आवृत्ति हो .

वक्र के अनुरूप उच्च-आवृत्ति वोल्टेज के और भी अधिक आयाम के साथ 3 चित्र 4बी में, इस मामले में डायोड पर न्यूनतम वोल्टेज डायोड शमन वोल्टेज से कम हो सकता है। डोमेन दमन के साथ मोड(चित्र 4, डी देखें)। एक डोमेन एक समय बिंदु पर बनता है और एक बिंदु पर विलीन हो जाता है जब वोल्टेज एक सीमा मान से अधिक होने के बाद एक नया डोमेन बनना शुरू हो जाता है। चूँकि किसी डोमेन का गायब होना उसके एनोड तक पहुँचने से जुड़ा नहीं है, इसलिए डोमेन शमन मोड में कैथोड और एनोड के बीच इलेक्ट्रॉनों की उड़ान का समय दोलन अवधि से अधिक हो सकता है:। इस प्रकार, अवमंदन मोड में। उत्पन्न आवृत्तियों की ऊपरी सीमा स्थिति द्वारा सीमित है और हो सकती है।

इलेक्ट्रॉनिक दक्षता डोमेन मोड में काम करने वाले गन डायोड पर आधारित जनरेटर को पहले हार्मोनिक और प्रत्यक्ष वर्तमान घटक के आयाम को खोजने के लिए फूरियर श्रृंखला (चित्र 4 देखें) में वर्तमान फ़ंक्शन का विस्तार करके निर्धारित किया जा सकता है। दक्षता मूल्य संबंधों पर निर्भर करता है , , , और इष्टतम मूल्य पर डोमेन विलंब मोड में GaAs डायोड के लिए 6% से अधिक नहीं है। इलेक्ट्रॉनिक दक्षता डोमेन-शमन मोड में डोमेन-विलंबित मोड की तुलना में कम है।

ओनोज़ मोड।

कुछ समय बाद, गन डायोड के लिए डोमेन मोड प्रस्तावित और कार्यान्वित किए गए अंतरिक्ष आवेश के संचय को सीमित करने का तरीका।यह डायोड पर निरंतर वोल्टेज पर मौजूद होता है, थ्रेशोल्ड मान से कई गुना अधिक होता है, और उड़ान आवृत्ति से कई गुना अधिक आवृत्तियों पर बड़े वोल्टेज आयाम होते हैं। ONOS मोड को लागू करने के लिए, बहुत समान डोपिंग प्रोफ़ाइल वाले डायोड की आवश्यकता होती है। नमूने की लंबाई के साथ विद्युत क्षेत्र और इलेक्ट्रॉन एकाग्रता का समान वितरण डायोड में वोल्टेज में परिवर्तन की उच्च दर से सुनिश्चित होता है। यदि वह समय अवधि जिसके दौरान विद्युत क्षेत्र की तीव्रता एनडीसी विशेषता के क्षेत्र से गुजरती है, डोमेन गठन समय से बहुत कम है, तो डायोड की लंबाई के साथ क्षेत्र और अंतरिक्ष चार्ज का कोई ध्यान देने योग्य पुनर्वितरण नहीं होता है। पूरे नमूने में इलेक्ट्रॉनों की गति विद्युत क्षेत्र में परिवर्तन का "अनुसरण" करती है, और डायोड के माध्यम से धारा क्षेत्र पर गति की निर्भरता से निर्धारित होती है (चित्र 7)।

इस प्रकार, ओएनओएस मोड में, डायोड की नकारात्मक चालकता का उपयोग बिजली स्रोत की ऊर्जा को माइक्रोवेव दोलनों की ऊर्जा में परिवर्तित करने के लिए किया जाता है। इस मोड में, दोलन अवधि के दौरान, डायोड पर वोल्टेज थ्रेशोल्ड से कम रहता है और नमूना सकारात्मक इलेक्ट्रॉन गतिशीलता की विशेषता वाली स्थिति में होता है, यानी, अंतरिक्ष चार्ज, जो उस समय के दौरान बनने में कामयाब रहा जब विद्युत डायोड में फ़ील्ड थ्रेशोल्ड से ऊपर था, विघटित हो गया है।

हम फॉर्म में समय के साथ चार्ज में कमजोर वृद्धि की स्थिति को मोटे तौर पर लिखेंगे , कहाँ ; - क्षेत्र में नकारात्मक अंतर इलेक्ट्रॉन गतिशीलता का औसत मूल्य। समय में अंतरिक्ष चार्ज का पुनर्वसन, यदि और जहां प्रभावी होगा ; और - ढांकता हुआ विश्राम समय स्थिरांक और एक कमजोर क्षेत्र में इलेक्ट्रॉन गतिशीलता।

गिनती , , हमारे पास है । यह असमानता उन मूल्यों की सीमा निर्धारित करती है जिनके भीतर ओएनजेड मोड लागू किया जाता है।

ONOS मोड में गन डायोड जनरेटर की इलेक्ट्रॉनिक दक्षता की गणना वर्तमान आकार (चित्र 7) से की जा सकती है। पर अधिकतम दक्षता 17% है.

चित्र 7. ONOS मोड में गन डायोड पर करंट की समय निर्भरता।

डोमेन मोड में, उत्पन्न दोलनों की आवृत्ति लगभग उड़ान आवृत्ति के बराबर होती है। इसलिए, डोमेन मोड में काम करने वाले गन डायोड की लंबाई अभिव्यक्ति द्वारा ऑपरेटिंग आवृत्ति रेंज से संबंधित है

जहां गीगाहर्ट्ज में व्यक्त किया जाता है, और - माइक्रोन में। ONOS मोड में, डायोड की लंबाई ऑपरेटिंग आवृत्ति पर निर्भर नहीं करती है और डोमेन मोड में समान आवृत्तियों पर काम करने वाले डायोड की लंबाई से कई गुना अधिक हो सकती है। यह आपको डोमेन मोड में काम करने वाले जनरेटर की तुलना में ONOS मोड में जनरेटर की शक्ति में उल्लेखनीय वृद्धि करने की अनुमति देता है।

डोमेन मोड में गन डायोड में विचार की जाने वाली प्रक्रियाएं अनिवार्य रूप से आदर्शीकृत होती हैं, क्योंकि उन्हें अपेक्षाकृत कम आवृत्तियों (1-3 गीगाहर्ट्ज) पर महसूस किया जाता है, जहां दोलन अवधि डोमेन गठन समय से काफी कम होती है, और डायोड की लंबाई इससे कहीं अधिक होती है पारंपरिक डोपिंग स्तरों पर डोमेन की लंबाई . अक्सर, निरंतर-तरंग गन डायोड का उपयोग तथाकथित हाइब्रिड मोड में उच्च आवृत्तियों पर किया जाता है। हाइब्रिड मोडगन डायोड का संचालन ONOS और डोमेन मोड के बीच मध्यवर्ती है। हाइब्रिड मोड के लिए यह विशिष्ट है कि एक डोमेन के निर्माण में अधिकांश दोलन अवधि लग जाती है। एक अपूर्ण रूप से निर्मित डोमेन तब हल हो जाता है जब डायोड पर तात्कालिक वोल्टेज थ्रेशोल्ड से नीचे के मान तक गिर जाता है। बढ़ते हुए अंतरिक्ष आवेश के क्षेत्र के बाहर विद्युत क्षेत्र की ताकत आम तौर पर सीमा से अधिक रहती है। हाइब्रिड मोड में डायोड में होने वाली प्रक्रियाओं का समीकरण (1), (3) और (4) का उपयोग करके कंप्यूटर का उपयोग करके विश्लेषण किया जाता है। हाइब्रिड मोड मूल्यों की एक विस्तृत श्रृंखला पर कब्जा कर लेते हैं और ONOZ मोड के रूप में सर्किट मापदंडों के प्रति उतने संवेदनशील नहीं होते हैं।

गन डायोड के ओएनओएस मोड और हाइब्रिड ऑपरेटिंग मोड को "हार्ड" स्व-उत्तेजना मोड के रूप में वर्गीकृत किया गया है, जो उच्च-आवृत्ति वोल्टेज के आयाम पर नकारात्मक इलेक्ट्रॉनिक चालकता की निर्भरता की विशेषता है। जनरेटर को हाइब्रिड मोड (साथ ही ONOZ मोड में) में डालना एक जटिल कार्य है और आमतौर पर डायोड को ट्रांजिट मोड से हाइब्रिड मोड में क्रमिक रूप से परिवर्तित करके किया जाता है।

चित्र.8. विभिन्न ऑपरेटिंग मोड के लिए GaAs गन डायोड जनरेटर की इलेक्ट्रॉनिक दक्षता:

1-डोमेन निर्माण में देरी के साथ

2-डोमेन दमन के साथ

चित्र.9. उच्च दक्षता मोड में गन डायोड के वोल्टेज (ए) और करंट (बी) की समय निर्भरता।

3-संकर

गन डायोड पर आधारित जनरेटर के डिजाइन और पैरामीटर।

चित्र 8 अधिकतम इलेक्ट्रॉनिक दक्षता के मान दिखाता है। विभिन्न ऑपरेटिंग मोड में GaAs गन डायोड। यह देखा जा सकता है कि मान 20% से अधिक नहीं है। कुशलता वृद्धि गन डायोड पर आधारित जनरेटर अधिक जटिल ऑसिलेटरी सिस्टम के उपयोग के माध्यम से संभव है, जो डायोड पर वर्तमान और वोल्टेज की समय निर्भरता प्रदान करना संभव बनाता है, जैसा कि चित्र 9 में दिखाया गया है। फ़ंक्शंस का विस्तार और फूरियर श्रृंखला में और GaAs गन डायोड के लिए 25% का इलेक्ट्रॉनिक दक्षता मान देता है। दूसरे वोल्टेज हार्मोनिक का उपयोग करके इष्टतम वक्र का काफी अच्छा सन्निकटन प्राप्त किया जाता है। कार्यकुशलता बढ़ाने का दूसरा तरीका गन डायोड में उच्च अनुपात वाली सामग्रियों का उपयोग शामिल है। इस प्रकार, इंडियम फॉस्फाइड के लिए यह 3.5 तक पहुंच जाता है, जिससे डायोड की सैद्धांतिक इलेक्ट्रॉनिक दक्षता 40% तक बढ़ जाती है।

यह ध्यान में रखा जाना चाहिए कि इलेक्ट्रॉनिक दक्षता गन डायोड पर आधारित जनरेटर उच्च आवृत्तियों पर कम हो जाते हैं, जब दोलन अवधि एनडीसी की स्थापना के समय के अनुरूप हो जाती है (यह पहले से ही ~ 30 गीगाहर्ट्ज की आवृत्तियों पर प्रकट होता है)। प्रक्रियाओं की जड़ता जो क्षेत्र पर इलेक्ट्रॉनों के औसत बहाव वेग की निर्भरता निर्धारित करती है, डायोड वर्तमान के एंटीफ़ेज़ घटक में कमी की ओर ले जाती है। इस घटना से जुड़े गन डायोड की सीमित आवृत्तियों का अनुमान GaAs उपकरणों के लिए ~100 GHz और InP उपकरणों के लिए 150-300 GHz है।

गन डायोड की आउटपुट शक्ति विद्युत और थर्मल प्रक्रियाओं द्वारा सीमित है। उत्तरार्द्ध का प्रभाव फॉर्म में आवृत्ति पर अधिकतम शक्ति की निर्भरता की ओर जाता है, जहां स्थिरांक संरचना की अनुमेय ओवरहीटिंग, सामग्री की थर्मल विशेषताओं और इलेक्ट्रॉनिक दक्षता द्वारा निर्धारित किया जाता है। और डायोड क्षमता. विद्युत मोड पर सीमाएं इस तथ्य के कारण हैं कि उच्च आउटपुट पावर पर दोलनों का आयाम डायोड पर निरंतर वोल्टेज के अनुरूप होता है: .

डोमेन मोड में इसलिए के अनुसार हमारे पास है:

,

समतुल्य भार प्रतिरोध कहां है, डायोड टर्मिनलों के लिए पुनर्गणना और एलपीडी के सक्रिय नकारात्मक प्रतिरोध के मॉड्यूल के बराबर।

डोमेन में अधिकतम विद्युत क्षेत्र की ताकत डायोड में औसत क्षेत्र मान से काफी अधिक है, साथ ही यह ब्रेकडाउन ताकत से कम होनी चाहिए जिस पर सामग्री का हिमस्खलन टूटना होता है (GaAs के लिए) ). आमतौर पर विद्युत क्षेत्र का अनुमेय मान माना जाता है।

एलपीडी की तरह, अपेक्षाकृत कम आवृत्तियों (सेंटीमीटर तरंग दैर्ध्य रेंज में) पर, गन डायोड की अधिकतम आउटपुट शक्ति थर्मल प्रभावों द्वारा निर्धारित की जाती है। मिलीमीटर रेंज में, डोमेन मोड में काम करने वाले डायोड के सक्रिय क्षेत्र की मोटाई छोटी हो जाती है और विद्युत सीमाएं प्रबल हो जाती हैं। तीन-सेंटीमीटर रेंज में निरंतर मोड में, एक डायोड से 14% तक की दक्षता के साथ 1-2 डब्ल्यू की शक्ति प्राप्त की जा सकती है; 60-100 GHz आवृत्तियों पर - कुछ प्रतिशत की दक्षता के साथ 100 WW तक। गन डायोड जनरेटर की विशेषता एलपीडी जनरेटर की तुलना में काफी कम आवृत्ति शोर है।

ONOZ मोड को विद्युत क्षेत्र के अधिक समान वितरण की विशेषता है। इसके अलावा, इस मोड में काम करने वाले डायोड की लंबाई महत्वपूर्ण हो सकती है। इसलिए, ONOS मोड में डायोड पर माइक्रोवेव वोल्टेज का आयाम डोमेन मोड में वोल्टेज की तुलना में परिमाण के 1-2 ऑर्डर अधिक हो सकता है। इस प्रकार, ओएनओएस मोड में गन डायोड की आउटपुट पावर को डोमेन मोड की तुलना में परिमाण के कई आदेशों तक बढ़ाया जा सकता है। ONOZ मोड के लिए, थर्मल सीमाएं सामने आती हैं। ओएनओएस मोड में गन डायोड अक्सर उच्च कर्तव्य चक्र के साथ स्पंदित मोड में काम करते हैं और सेंटीमीटर तरंग दैर्ध्य रेंज में कई किलोवाट तक बिजली उत्पन्न करते हैं।

गन डायोड पर आधारित जनरेटर की आवृत्ति मुख्य रूप से दोलन प्रणाली की गुंजयमान आवृत्ति द्वारा निर्धारित की जाती है, डायोड की कैपेसिटिव चालकता को ध्यान में रखते हुए और यांत्रिक और विद्युत तरीकों से एक विस्तृत श्रृंखला के भीतर ट्यून किया जा सकता है।

एक वेवगाइड जनरेटर में(चित्र 10, ए) गन डायोड 1 एक धातु की छड़ के अंत में एक आयताकार वेवगाइड की चौड़ी दीवारों के बीच स्थापित। बायस वोल्टेज की आपूर्ति प्रारंभ करनेवाला इनपुट के माध्यम से की जाती है 2 , जो क्वार्टर-वेव समाक्षीय रेखाओं के खंडों के रूप में बनाया गया है और पावर स्रोत सर्किट में माइक्रोवेव दोलनों के प्रवेश को रोकने का काम करता है। लो-क्यू रेज़ोनेटर वेवगाइड में डायोड माउंटिंग तत्वों द्वारा बनता है। जनरेटर आवृत्ति को वैक्टर डायोड का उपयोग करके ट्यून किया जाता है 3 , आधी-तरंगदैर्घ्य दूरी पर स्थित है और गन डायोड के समान वेवगाइड में स्थापित है। अक्सर डायोड को कम ऊंचाई वाले वेवगाइड में शामिल किया जाता है, जो एक क्वार्टर-वेव ट्रांसफार्मर द्वारा मानक-सेक्शन आउटपुट वेवगाइड से जुड़ा होता है।

चित्र 10. गन डायोड पर आधारित जनरेटर का डिज़ाइन:

ए-वेवगाइड; बी - माइक्रोस्ट्रिप; सी-वाईआईजी क्षेत्र द्वारा आवृत्ति ट्यूनिंग के साथ

माइक्रोस्ट्रिप डिज़ाइन में(चित्र 10, बी) डायोड 1 बेस और स्ट्रिप कंडक्टर के बीच जुड़ा हुआ है। आवृत्ति को स्थिर करने के लिए एक उच्च गुणवत्ता वाले ढांकता हुआ अनुनादक का उपयोग किया जाता है 4 कम नुकसान और उच्च मूल्य (उदाहरण के लिए, बेरियम टाइटेनेट) के साथ ढांकता हुआ से बनी एक डिस्क के रूप में, चौड़ाई के एमपीएल स्ट्रिप कंडक्टर के पास स्थित है। संधारित्र 5 पावर सर्किट और माइक्रोवेव पथ को अलग करने का कार्य करता है। आपूर्ति वोल्टेज प्रारंभ करनेवाला सर्किट के माध्यम से आपूर्ति की जाती है 2 , जिसमें विभिन्न तरंग प्रतिबाधाओं के साथ एमपीएल के दो क्वार्टर-वेव खंड शामिल हैं, और कम प्रतिरोध वाली रेखा खुली है। आवृत्ति के सकारात्मक तापमान गुणांक के साथ ढांकता हुआ अनुनादकों का उपयोग तापमान (~ 40 kHz/°C) बदलते समय छोटी आवृत्ति बदलाव के साथ दोलक बनाना संभव बनाता है।

फ्रीक्वेंसी ट्यून करने योग्य जनरेटरगन डायोड पर येट्रियम आयरन गार्नेट के एकल क्रिस्टल का उपयोग करके निर्माण किया जा सकता है (चित्र 10, सी)। इस मामले में जनरेटर की आवृत्ति उच्च गुणवत्ता वाले अनुनादक की गुंजयमान आवृत्ति की ट्यूनिंग के कारण बदल जाती है, जिसमें चुंबकीय क्षेत्र में परिवर्तन होने पर छोटे व्यास के YIG गोले का रूप होता है। अधिकतम ट्यूनिंग अनपैकेज्ड डायोड में प्राप्त की जाती है जिसमें न्यूनतम प्रतिक्रियाशील पैरामीटर होते हैं। उच्च-आवृत्ति डायोड सर्किट में YIG क्षेत्र को घेरने वाला एक छोटा मोड़ होता है 6 . लोड सर्किट के साथ डायोड सर्किट का कनेक्शन YIG क्षेत्र और ऑर्थोगोनली स्थित युग्मन घुमावों द्वारा प्रदान किए गए पारस्परिक अधिष्ठापन के कारण किया जाता है। स्वचालित माप उपकरणों में व्यापक रूप से उपयोग किए जाने वाले ऐसे जनरेटर की विद्युत ट्यूनिंग रेंज 10-20 मेगावाट की आउटपुट पावर के साथ एक ऑक्टेव तक पहुंचती है।

गन डायोड पर आधारित एम्पलीफायर।

गन डायोड पर आधारित एम्पलीफायरों का विकास बहुत रुचि का है, खासकर मिलीमीटर तरंग दैर्ध्य रेंज के लिए, जहां माइक्रोवेव ट्रांजिस्टर का उपयोग सीमित है। गन डायोड पर आधारित एम्पलीफायर बनाते समय एक महत्वपूर्ण कार्य उनके संचालन की स्थिरता (डायोड स्थिरीकरण) सुनिश्चित करना और सबसे ऊपर, छोटे-सिग्नल डोमेन-प्रकार के दोलनों को दबाना है। इसे डायोड पैरामीटर को सीमित करके, बाहरी सर्किट के साथ डायोड को लोड करके, डायोड डोपिंग प्रोफ़ाइल का चयन करके, क्रॉस-सेक्शन को कम करके, या नमूने पर एक ढांकता हुआ फिल्म लागू करके प्राप्त किया जा सकता है। एम्पलीफायरों के रूप में, प्लेनर और मेसास्ट्रक्चर डायोड दोनों का उपयोग किया जाता है, जिनमें उड़ान आवृत्ति के पास एक विस्तृत आवृत्ति रेंज में दहलीज के ऊपर वोल्टेज पर नकारात्मक चालकता होती है और इनपुट पर एक सर्कुलेटर के साथ पुनर्योजी परावर्तक एम्पलीफायरों के साथ-साथ अधिक जटिल फिल्म संरचनाओं के रूप में उपयोग किया जाता है। जो एनडीपी के साथ किसी सामग्री में तरंग वृद्धि स्पेस चार्ज की घटना का उपयोग करता है, जिसे अक्सर कहा जाता है पतली फिल्म यात्रा तरंग एम्पलीफायर(यूबीवी)।

सबक्रिटिकली डोप्ड डायोड में थ्रेशोल्ड से अधिक वोल्टेज पर भी रनिंग डोमेन का निर्माण असंभव है। जैसा कि गणना से पता चलता है, सबक्रिटिकल डायोड को उड़ान आवृत्ति के करीब आवृत्तियों पर, सीमा से अधिक वोल्टेज पर एक नकारात्मक समकक्ष प्रतिरोध की विशेषता होती है। इनका उपयोग परावर्तक एम्पलीफायरों में किया जा सकता है। हालाँकि, उनकी कम गतिशील सीमा और लाभ के कारण, उनका उपयोग सीमित है।

व्यापक आवृत्ति रेंज पर स्थिर नकारात्मक चालकता, 40% तक पहुंचने पर, डायोड में महसूस की जाती है कम डायोड लंबाई (~8-15 µm) और वोल्टेज पर . कम वोल्टेज पर, उत्पादन देखा जाता है, जिसके टूटने को बढ़ते वोल्टेज के साथ डिवाइस के बढ़ते तापमान के साथ सामग्री के एनडीसी में कमी से समझाया जा सकता है।

नमूने की गैर-समान डोपिंग के कारण डायोड की लंबाई के साथ विद्युत क्षेत्र का एक समान वितरण और एक विस्तृत आवृत्ति बैंड पर स्थिर प्रवर्धन प्राप्त किया जा सकता है (चित्र 12, ए)। यदि कैथोड के पास लगभग 1 माइक्रोमीटर लंबी एक संकीर्ण हल्की डोप की गई परत है, तो यह कैथोड से इलेक्ट्रॉनों के इंजेक्शन को सीमित कर देती है और विद्युत क्षेत्र में तेज वृद्धि की ओर ले जाती है। से लेकर एनोड की ओर नमूने की लंबाई के साथ अशुद्धता सांद्रता बढ़ाने से विद्युत क्षेत्र की एकरूपता प्राप्त करना संभव हो जाता है। इस प्रोफ़ाइल वाले डायोड में प्रक्रियाओं की गणना आमतौर पर कंप्यूटर पर की जाती है।

चित्र 12. उच्च प्रतिरोध कैथोड क्षेत्र के साथ गन डायोड में डोपिंग प्रोफ़ाइल (ए) और फ़ील्ड वितरण (बी)।

विचार किए गए एम्पलीफायरों के प्रकार एक विस्तृत गतिशील रेंज, 2-3% की दक्षता और सेंटीमीटर तरंग दैर्ध्य रेंज में ~10 डीबी के शोर आंकड़े की विशेषता रखते हैं।

चित्र 13. अनुदैर्ध्य बहाव के साथ GaAs पतली-फिल्म यात्रा तरंग एम्पलीफायर का आरेख

एम्पलीफायर को संचालित करने के लिए, डिवाइस की लंबाई के साथ फिल्म की एकरूपता और विद्युत क्षेत्र की एकरूपता सुनिश्चित करना आवश्यक है। BW पूर्वाग्रह वोल्टेज GaAs NDC क्षेत्र में स्थित है, अर्थात . इस मामले में, अंतरिक्ष आवेश तरंग फिल्म के साथ आगे बढ़ने पर बढ़ती है। यूडब्ल्यूवी में छोटी मोटाई की फिल्मों का उपयोग करके और बड़े मूल्य वाले ढांकता हुआ के साथ GaAs फिल्म को कोटिंग करके विद्युत क्षेत्र का एक स्थिर, समान वितरण प्राप्त किया जाता है।

एक-आयामी मामले (1), (3), (4) और छोटे सिग्नल मोड के लिए इलेक्ट्रॉन गति के बुनियादी समीकरणों का अनुप्रयोग, जब संवहन धारा के निरंतर घटक, विद्युत क्षेत्र की ताकत और चार्ज घनत्व बहुत अधिक होते हैं चर घटकों का आयाम (), निरंतर प्रसार के लिए फैलाव समीकरण की ओर जाता है, जिसका समाधान दो तरंगों के रूप में होता है।

उनमें से एक चरण वेग के साथ कैथोड से एनोड तक फिल्म के साथ फैलने वाली एक सीधी तरंग है, और इसमें एक आयाम है जो कानून के अनुसार भिन्न होता है:

डिवाइस के इनपुट से इलेक्ट्रॉनों की गति का समय कहां है। ओडीपी क्षेत्र में काम करते समय सीधी तरंग भी बढ़ जाती है। दूसरी लहर विपरीत है, एनोड से कैथोड तक फैलती है और आयाम में क्षीण हो जाती है। GaAs के लिए प्रसार गुणांक है , इसलिए विपरीत तरंग शीघ्र ही क्षय हो जाती है। (9) से डिवाइस का लाभ (डीबी) है

(10)

(10) पर अनुमान लगाएं और 0.3-3 dB/µm के क्रम का लाभ देता है। यह ध्यान में रखना चाहिए कि अभिव्यक्ति (10) मूलतः गुणात्मक है। अंतरिक्ष आवेश की बढ़ती तरंगों की गणना करने के लिए इसका सीधा उपयोग छोटी फिल्म की मोटाई के लिए सीमा स्थितियों के मजबूत प्रभाव के कारण त्रुटियों का कारण बन सकता है, क्योंकि समस्या को दो-आयामी माना जाना चाहिए। इलेक्ट्रॉन प्रसार को भी ध्यान में रखा जाना चाहिए, उस आवृत्ति सीमा को सीमित करना जिस पर प्रवर्धन संभव है। गणना 10 गीगाहर्ट्ज़ या अधिक की आवृत्तियों पर यूडब्ल्यूवी में ~0.5-1 डीबी/μm का लाभ प्राप्त करने की संभावना की पुष्टि करती है। ऐसे उपकरणों का उपयोग नियंत्रित चरण शिफ्टर्स और माइक्रोवेव विलंब लाइनों के रूप में भी किया जा सकता है।

[एल]। बेरेज़िन और अन्य। माइक्रोवेव इलेक्ट्रॉनिक उपकरण। - एम. ​​हायर स्कूल 1985।

रूसी संघ के शिक्षा मंत्रालय

ओर्योल राज्य तकनीकी विश्वविद्यालय

भौतिकी विभाग सार

विषय पर: "गन प्रभाव और जनरेटर मोड में काम करने वाले डायोड में इसका उपयोग।"

अनुशासन: "माइक्रोइलेक्ट्रॉनिक्स की भौतिक नींव"

समूह 3-4 के एक छात्र द्वारा पूरा किया गया
सीनेटरोव डी.जी.

पर्यवेक्षक:

गरुड़। 2000

गन प्रभाव और जनरेटर मोड में काम करने वाले डायोड में इसका उपयोग।

माइक्रोवेव दोलनों को बढ़ाने और उत्पन्न करने के लिए, कुछ अर्धचालक यौगिकों में, मुख्य रूप से गैलियम आर्सेनाइड में, विद्युत क्षेत्र की ताकत पर इलेक्ट्रॉन वेग की विसंगतिपूर्ण निर्भरता का उपयोग किया जा सकता है। इस मामले में, मुख्य भूमिका अर्धचालक के थोक में होने वाली प्रक्रियाओं द्वारा निभाई जाती है, न कि पी-एन जंक्शन में। थ्रेशोल्ड मान से ऊपर एक स्थिर विद्युत क्षेत्र की ताकत पर सजातीय एन-प्रकार GaAs नमूनों में माइक्रोवेव दोलनों की पीढ़ी पहली बार 1963 में जे. गन द्वारा देखी गई थी (इसलिए, ऐसे उपकरणों को गन डायोड कहा जाता है)। घरेलू साहित्य में, उन्हें वॉल्यूमेट्रिक अस्थिरता वाले या अंतरालीय इलेक्ट्रॉन स्थानांतरण वाले उपकरण भी कहा जाता है, क्योंकि डायोड के सक्रिय गुण "केंद्रीय" ऊर्जा घाटी से "पक्ष" तक इलेक्ट्रॉनों के संक्रमण से निर्धारित होते हैं, जहां उनकी विशेषता होती है एक बड़ा प्रभावी द्रव्यमान और कम गतिशीलता। विदेशी साहित्य में, बाद वाला नाम TED (ट्रांसफरेड इलेक्ट्रॉन डिवाइस) शब्द से मेल खाता है।

एक कमजोर क्षेत्र में, इलेक्ट्रॉन गतिशीलता अधिक होती है और इसकी मात्रा 6000-8500 सेमी 2 /(Vs) होती है। जब क्षेत्र की ताकत 3.5 केवी/सेमी से अधिक होती है, तो कुछ इलेक्ट्रॉनों के "साइड" घाटी में संक्रमण के कारण, बढ़ते क्षेत्र के साथ इलेक्ट्रॉनों का औसत बहाव वेग कम हो जाता है। विभेदक गतिशीलता मापांक का उच्चतम मूल्य गिरते हुए खंड में गतिशीलता कमजोर क्षेत्रों की तुलना में लगभग तीन गुना कम है। 15-20 केवी/सेमी से ऊपर क्षेत्र की ताकत पर, औसत इलेक्ट्रॉन वेग क्षेत्र से लगभग स्वतंत्र है और लगभग 10 7 सेमी/सेकेंड है, इसलिए अनुपात , और वेग-क्षेत्र विशेषता का लगभग अनुमान लगाया जा सकता है जैसा कि चित्र 1 में दिखाया गया है। नकारात्मक अंतर चालकता (एनडीसी) स्थापित करने का समय "केंद्रीय" घाटी में इलेक्ट्रॉन गैस के ताप समय का योग है (GaAs के लिए ~10-12 सेकंड), जो ऊर्जा विश्राम समय स्थिरांक और अंतराल संक्रमण समय द्वारा निर्धारित होता है ( ~5-10-14 सेकंड)।

किसी को उम्मीद होगी कि समान रूप से डोप किए गए GaAs नमूने के साथ विद्युत क्षेत्र के एक समान वितरण के साथ एनडीसी क्षेत्र में विशेषता के गिरते खंड की उपस्थिति से डायोड की वर्तमान-वोल्टेज विशेषता पर गिरते खंड की उपस्थिति होगी, चूंकि डायोड के माध्यम से संवहन धारा का मान इस प्रकार परिभाषित किया गया है, जहां; -संकर अनुभागीय क्षेत्र; - संपर्कों के बीच नमूने की लंबाई. इस खंड में, डायोड में नकारात्मक सक्रिय चालकता होगी और इसका उपयोग सुरंग डायोड के समान दोलन उत्पन्न करने और बढ़ाने के लिए किया जा सकता है। हालाँकि, व्यवहार में, एनडीसी के साथ अर्धचालक सामग्री के नमूने में इस तरह के शासन का कार्यान्वयन क्षेत्र और अंतरिक्ष चार्ज की अस्थिरता के कारण मुश्किल है। जैसा कि § 8.1 में दिखाया गया था, इस मामले में स्पेस चार्ज के उतार-चढ़ाव से कानून के अनुसार स्पेस चार्ज में वृद्धि होती है

,

ढांकता हुआ विश्राम स्थिरांक कहाँ है; -मूल n-GaAs में इलेक्ट्रॉन सांद्रता। एक सजातीय नमूने में जिस पर एक स्थिर वोल्टेज लागू किया जाता है , इलेक्ट्रॉन सांद्रता में स्थानीय वृद्धि से एक नकारात्मक चार्ज परत (छवि 2) की उपस्थिति होती है, जो कैथोड से एनोड तक नमूने के साथ चलती है।

चित्र .1। GaAs के लिए विद्युत क्षेत्र की ताकत पर इलेक्ट्रॉन बहाव वेग की अनुमानित निर्भरता।

अंक 2। समान रूप से डोप किए गए GaAs में संचय परत के निर्माण की प्रक्रिया को समझाने के लिए।

कैथोड से हमारा तात्पर्य उस नमूने से संपर्क से है जिस पर एक नकारात्मक क्षमता लागू होती है। इस मामले में उत्पन्न होने वाले आंतरिक विद्युत क्षेत्र एक स्थिर क्षेत्र पर आरोपित होते हैं, जिससे परत के दाईं ओर क्षेत्र की ताकत बढ़ जाती है और बाईं ओर घट जाती है (चित्र 2, ए)। परत के दाईं ओर इलेक्ट्रॉनों की गति कम हो जाती है, और बाईं ओर यह बढ़ जाती है। इससे गतिशील संचय परत में और वृद्धि होती है और नमूने में क्षेत्र का तदनुरूप पुनर्वितरण होता है (चित्र 2, बी)। आमतौर पर, एक अंतरिक्ष आवेश परत कैथोड पर न्यूक्लियेट होती है, क्योंकि कैथोड ओमिक संपर्क के पास बढ़ी हुई इलेक्ट्रॉन सांद्रता और कम विद्युत क्षेत्र की ताकत वाला एक क्षेत्र होता है। एनोड की ओर इलेक्ट्रॉनों की गति के कारण एनोड संपर्क के पास होने वाले उतार-चढ़ाव को विकसित होने का समय नहीं मिलता है।

हालाँकि, ऐसा विद्युत क्षेत्र वितरण अस्थिर है और, यदि नमूने में एकाग्रता, गतिशीलता या तापमान में उछाल के रूप में असमानता है, तो यह एक तथाकथित मजबूत क्षेत्र डोमेन में बदल सकता है। विद्युत क्षेत्र की ताकत पॉइसन समीकरण द्वारा इलेक्ट्रॉन एकाग्रता से संबंधित है, जो एक-आयामी मामले के लिए रूप है

(1)

नमूने के हिस्से में विद्युत क्षेत्र में वृद्धि के साथ इस क्षेत्र की सीमाओं पर एक अंतरिक्ष आवेश की उपस्थिति होगी, कैथोड पक्ष पर नकारात्मक और एनोड पक्ष पर सकारात्मक (चित्र 3, ए)। इस स्थिति में, क्षेत्र के अंदर इलेक्ट्रॉनों की गति चित्र 1 के अनुसार कम हो जाती है। कैथोड की ओर से इलेक्ट्रॉन इस क्षेत्र के अंदर के इलेक्ट्रॉनों को पकड़ लेंगे, जिससे नकारात्मक चार्ज बढ़ जाता है और एक इलेक्ट्रॉन-समृद्ध परत बन जाती है। एनोड की ओर से इलेक्ट्रॉन आगे की ओर बढ़ेंगे, जिससे धनात्मक आवेश बढ़ जाएगा और एक क्षीण परत बन जाएगी। इससे उतार-चढ़ाव क्षेत्र में क्षेत्र में और वृद्धि होती है क्योंकि चार्ज एनोड की ओर बढ़ता है और अंतरिक्ष चार्ज के द्विध्रुवीय क्षेत्र की सीमा में वृद्धि होती है। यदि डायोड पर लागू वोल्टेज स्थिर रखा जाता है, तो जैसे-जैसे द्विध्रुव डोमेन बढ़ता है, इसके बाहर का क्षेत्र कम हो जाएगा (चित्र 3, बी)। डोमेन में फ़ील्ड में वृद्धि तब रुक जाएगी जब इसकी गति डोमेन के बाहर इलेक्ट्रॉनों की गति के बराबर हो जाएगी। यह तो स्पष्ट है . डोमेन के बाहर विद्युत क्षेत्र की ताकत (चित्र 3, सी) थ्रेशोल्ड ताकत से कम होगी, जिससे डोमेन के बाहर इलेक्ट्रॉनों के अंतराल संक्रमण और दूसरे डोमेन के गठन को असंभव बना दिया जाता है जब तक कि पहले से बने एक के गायब न हो जाए। एनोड. एक स्थिर उच्च-क्षेत्र डोमेन के गठन के बाद, कैथोड से एनोड तक अपनी गति के दौरान डायोड के माध्यम से धारा स्थिर रहती है।

चित्र 3. द्विध्रुवीय डोमेन के निर्माण की प्रक्रिया की व्याख्या करना।

एनोड पर डोमेन गायब होने के बाद, नमूने में क्षेत्र की ताकत बढ़ जाती है, और जब यह मूल्य तक पहुंच जाता है, तो एक नए डोमेन का निर्माण शुरू हो जाता है। इस मामले में, करंट अधिकतम मान तक पहुँच जाता है (चित्र 4, सी)

(2)

गन डायोड के संचालन के इस तरीके को ट्रांजिट मोड कहा जाता है। पारगमन मोड में, डायोड के माध्यम से धारा में एक अवधि के साथ पल्स शामिल होते हैं . डायोड उड़ान आवृत्ति के साथ माइक्रोवेव दोलन उत्पन्न करता है , मुख्य रूप से नमूने की लंबाई से निर्धारित होता है और लोड पर कमजोर रूप से निर्भर होता है (यह वास्तव में ये दोलन थे जो गन ने GaAs और InP से नमूनों का अध्ययन करते समय देखे थे)।

गन डायोड में इलेक्ट्रॉनिक प्रक्रियाओं को पॉइसन समीकरण, निरंतरता और कुल वर्तमान घनत्व को ध्यान में रखते हुए माना जाना चाहिए, जो एक-आयामी मामले के लिए निम्नलिखित रूप हैं:

; (3)

. (4)

चित्र.4. गन डायोड जनरेटर (ए) के समतुल्य सर्किट और ट्रांजिट मोड (सी) में गन डायोड के माध्यम से वोल्टेज (बी) और वर्तमान की समय निर्भरता और देरी (डी) और डोमेन डंपिंग (ई) के साथ मोड में।

डायोड पर तात्कालिक वोल्टेज। कुल धारा निर्देशांक पर निर्भर नहीं करती है और यह समय का एक कार्य है। प्रसार गुणांक को अक्सर विद्युत क्षेत्र से स्वतंत्र माना जाता है।

डायोड के मापदंडों (सामग्री की डोपिंग की डिग्री और प्रोफ़ाइल, नमूने की लंबाई और क्रॉस-अनुभागीय क्षेत्र और उसके तापमान) के साथ-साथ आपूर्ति वोल्टेज और लोड गुणों पर निर्भर करता है, गन डायोड, एक माइक्रोवेव जनरेटर और एम्पलीफायर के रूप में, विभिन्न मोड में काम कर सकता है: डोमेन, सीमित स्पेस चार्ज संचय (ओएनजेड, विदेशी साहित्य में एलएसए - लिमिटेड स्पेस चार्ज संचय), हाइब्रिड, स्पेस चार्ज की यात्रा तरंगें, नकारात्मक चालकता।

डोमेन ऑपरेटिंग मोड.

गन डायोड के संचालन के डोमेन मोड को दोलन अवधि के एक महत्वपूर्ण भाग के दौरान नमूने में एक गठित द्विध्रुवीय डोमेन की उपस्थिति की विशेषता होती है। एक स्थिर द्विध्रुवीय डोमेन की विशेषताओं पर [?] में विस्तार से चर्चा की गई है, जहां यह दिखाया गया है कि (1), (3) और (4) से यह पता चलता है कि डोमेन की गति और उसमें अधिकतम क्षेत्र की ताकत संबंधित हैं समान क्षेत्रफल के नियम से

. (5)

(5) के अनुसार, चित्र 5, ए में छायांकित और रेखाओं द्वारा सीमित क्षेत्र समान हैं। जैसा कि चित्र से देखा जा सकता है, डोमेन में अधिकतम क्षेत्र की ताकत डोमेन के बाहर के क्षेत्र से काफी अधिक है और दसियों केवी/सेमी तक पहुंच सकती है।

चित्र.5. द्विध्रुवीय डोमेन के मापदंडों को निर्धारित करने के लिए।

चित्र 5, बी डोमेन वोल्टेज की निर्भरता को दर्शाता है इसके बाहर विद्युत क्षेत्र की ताकत पर, डोमेन की लंबाई कहां है (चित्र 3, सी)। वहां, एक दिए गए वोल्टेज पर लंबाई के साथ डायोड की एक "इंस्ट्रूमेंट लाइन" बनाई गई थी, इस तथ्य को ध्यान में रखते हुए कि डायोड पर कुल वोल्टेज है। प्रतिच्छेदन बिंदु A डोमेन के वोल्टेज और उसके बाहर क्षेत्र की ताकत को निर्धारित करता है। यह ध्यान में रखा जाना चाहिए कि डोमेन निरंतर वोल्टेज पर होता है हालाँकि, यह तब भी मौजूद हो सकता है, जब एनोड की ओर डोमेन की गति के दौरान, डायोड पर वोल्टेज मान (चित्र 5, बी में बिंदीदार रेखा) तक कम हो जाता है। यदि डायोड पर वोल्टेज को और कम कर दिया जाए ताकि यह डोमेन विलुप्त होने वाले वोल्टेज से कम हो जाए, तो परिणामी डोमेन हल हो जाएगा। अवमंदन वोल्टेज उस क्षण से मेल खाता है जब "यंत्र सीधी रेखा" चित्र 5, बी में रेखा को छूती है।

इस प्रकार, डोमेन गायब होने का वोल्टेज डोमेन गठन की सीमा वोल्टेज से कम हो जाता है। जैसा कि चित्र 5 से देखा जा सकता है, डोमेन के बाहर क्षेत्र की ताकत पर डोमेन पर अतिरिक्त वोल्टेज की तीव्र निर्भरता के कारण, डायोड पर वोल्टेज बदलने पर डोमेन के बाहर का क्षेत्र और डोमेन की गति थोड़ा बदल जाती है। अतिरिक्त वोल्टेज मुख्य रूप से डोमेन में अवशोषित होता है। पहले से ही डोमेन गति संतृप्ति गति से केवल थोड़ी अलग है और इसे लगभग माना जा सकता है, और इसलिए, डायोड की विशेषता के रूप में उड़ान आवृत्ति, आमतौर पर अभिव्यक्ति द्वारा निर्धारित की जाती है:

(6)

डोमेन की लंबाई दाता अशुद्धता की सांद्रता के साथ-साथ डायोड पर वोल्टेज पर निर्भर करती है और 5-10 माइक्रोमीटर है। अशुद्धता सांद्रता में कमी से क्षय परत में वृद्धि के कारण डोमेन का विस्तार होता है। एक डोमेन का निर्माण एक सीमित समय में होता है और यह नकारात्मक अंतर चालकता की स्थापना और अंतरिक्ष चार्ज में वृद्धि से जुड़ा होता है। छोटे विक्षोभ के मोड में अंतरिक्ष आवेश के बढ़ने का समय स्थिरांक ढांकता हुआ विश्राम स्थिरांक के बराबर है और नकारात्मक अंतर गतिशीलता और इलेक्ट्रॉन एकाग्रता द्वारा निर्धारित किया जाता है। अधिकतम मूल्य पर, जबकि ओडीपी स्थापना का समय कम है। इस प्रकार, डोमेन निर्माण का समय काफी हद तक स्पेस चार्ज पुनर्वितरण की प्रक्रिया द्वारा निर्धारित होता है। यह प्रारंभिक क्षेत्र की विषमता, डोपिंग स्तर और लागू वोल्टेज पर निर्भर करता है।

चित्र 6. गुन डायोड.

यह लगभग माना जाता है कि डोमेन को निम्नलिखित समय में पूरी तरह से बनने का समय मिलेगा:

कहाँ व्यक्त किया गया है. डोमेन मोड के बारे में बात करना तभी समझ में आता है जब नमूने में इलेक्ट्रॉनों की उड़ान के दौरान डोमेन के बनने का समय हो। इसलिए, द्विध्रुवीय डोमेन के अस्तित्व की शर्त या तो है .

इलेक्ट्रॉन सांद्रता और नमूने की लंबाई के उत्पाद का मूल्य महत्वपूर्ण कहा जाता है और निर्दिष्ट किया जाता है। यह मान गन डायोड के डोमेन मोड और एक समान रूप से डोप किए गए नमूने में स्थिर विद्युत क्षेत्र वितरण वाले मोड के बीच की सीमा है। जब एक मजबूत फ़ील्ड डोमेन नहीं बनता है, तो नमूना को स्थिर कहा जाता है। विभिन्न डोमेन मोड संभव हैं. प्रकार का मानदंड, कड़ाई से बोलते हुए, केवल उन संरचनाओं के लिए मान्य है जिनमें कैथोड और एनोड के बीच सक्रिय परत की लंबाई अनुप्रस्थ आयामों से बहुत कम है: (छवि 6, ए), जो एक आयामी समस्या से मेल खाती है और समतल और मेसास्ट्रक्चर के लिए विशिष्ट है। पतली-फिल्म संरचनाओं (छवि 6, बी) के लिए, एक एपिटैक्सियल सक्रिय GaAs परत 1 लंबी एक उच्च-प्रतिरोधकता सब्सट्रेट 3 और एक इन्सुलेट ढांकता हुआ फिल्म 2 के बीच स्थित हो सकती है, उदाहरण के लिए, SiO 2 से बनी है। ओमिक एनोड और कैथोड संपर्क फोटोलिथोग्राफी विधियों का उपयोग करके निर्मित किए जाते हैं। डायोड का अनुप्रस्थ आकार उसकी लंबाई के बराबर हो सकता है। इस मामले में, डोमेन के निर्माण के दौरान बनने वाले अंतरिक्ष आवेश आंतरिक विद्युत क्षेत्र बनाते हैं जिनमें न केवल एक अनुदैर्ध्य घटक होता है, बल्कि एक अनुप्रस्थ घटक भी होता है (चित्र 6, सी)। इससे एक-आयामी समस्या की तुलना में क्षेत्र में कमी आती है। जब सक्रिय फिल्म की मोटाई छोटी होती है, तो डोमेन अस्थिरता की अनुपस्थिति के मानदंड को स्थिति से बदल दिया जाता है। ऐसी संरचनाओं के लिए, विद्युत क्षेत्र के स्थिर वितरण के साथ, यह अधिक हो सकता है।

डोमेन निर्माण का समय माइक्रोवेव दोलनों के आधे-चक्र से अधिक नहीं होना चाहिए। इसलिए, एक गतिशील डोमेन के अस्तित्व के लिए दूसरी शर्त है, जिससे, (1) को ध्यान में रखते हुए, हम प्राप्त करते हैं .

उड़ान के समय और माइक्रोवेव दोलनों की अवधि के अनुपात के साथ-साथ निरंतर वोल्टेज के मूल्यों और उच्च आवृत्ति वोल्टेज के आयाम के आधार पर, निम्नलिखित डोमेन मोड को महसूस किया जा सकता है: उड़ान-की- उड़ान, डोमेन विलंब के साथ मोड, डोमेन के दमन (शमन) के साथ मोड। आइए गुंजयमान आवृत्ति पर सक्रिय प्रतिरोध के साथ समानांतर ऑसिलेटिंग सर्किट के रूप में लोड पर चलने वाले गन डायोड के मामले में इन मोड में होने वाली प्रक्रियाओं पर विचार करें और डायोड को कम आंतरिक प्रतिरोध वाले वोल्टेज जनरेटर द्वारा संचालित किया जा रहा है (देखें) चित्र 4ए)। इस मामले में, डायोड पर वोल्टेज साइनसॉइडल कानून के अनुसार बदलता है। पर जनरेशन संभव है।

कम भार प्रतिरोध पर, कब, कहाँ - कमजोर क्षेत्रों में गन डायोड का प्रतिरोध, उच्च आवृत्ति वोल्टेज का आयाम छोटा है और डायोड पर तात्कालिक वोल्टेज थ्रेशोल्ड मान से अधिक है (चित्र 4 बी, वक्र 1 देखें)। यहां, पहले माना गया ट्रांज़िट मोड तब होता है, जब डोमेन के निर्माण के बाद, डायोड के माध्यम से करंट स्थिर और बराबर रहता है (चित्र 9.39, सी देखें)। जब डोमेन गायब हो जाता है, तो करंट बढ़ जाता है। GaAs के लिए. उड़ान मोड में दोलनों की आवृत्ति बराबर होती है। चूंकि अनुपात छोटा है, दक्षता ट्रांज़िट मोड में काम करने वाले गन डायोड जनरेटर की संख्या कम है और इस मोड का आमतौर पर कोई व्यावहारिक अनुप्रयोग नहीं है।

जब डायोड उच्च प्रतिरोध वाले सर्किट पर काम करता है, तो प्रत्यावर्ती वोल्टेज का आयाम काफी बड़ा हो सकता है, जिससे अवधि के कुछ भाग के दौरान डायोड पर तात्कालिक वोल्टेज थ्रेशोल्ड से कम हो जाता है (चित्र में वक्र 2 के अनुरूप) .4बी). इस मामले में, हम डोमेन निर्माण में देरी वाले मोड की बात करते हैं। एक डोमेन तब बनता है जब डायोड पर वोल्टेज थ्रेशोल्ड से अधिक हो जाता है, यानी समय में एक पल में (चित्र 4, डी देखें)। डोमेन के निर्माण के बाद, डायोड धारा कम हो जाती है और डोमेन की उड़ान के समय ऐसी ही रहती है। जब किसी समय एनोड पर डोमेन गायब हो जाता है, तो डायोड पर वोल्टेज थ्रेशोल्ड से कम होता है और डायोड एक सक्रिय प्रतिरोध का प्रतिनिधित्व करता है। करंट में परिवर्तन डायोड में वोल्टेज के समानुपाती होता है जब तक कि करंट अपने अधिकतम मूल्य तक नहीं पहुंच जाता और डायोड में वोल्टेज थ्रेशोल्ड के बराबर नहीं हो जाता। एक नए डोमेन का निर्माण शुरू होता है, और पूरी प्रक्रिया दोहराई जाती है। वर्तमान पल्स की अवधि एक नए डोमेन के गठन में देरी के समय के बराबर है। डोमेन निर्माण का समय और की तुलना में छोटा माना जाता है। जाहिर है, ऐसा मोड संभव है यदि उड़ान का समय सीमा के भीतर हो और उत्पन्न दोलनों की आवृत्ति हो .

चित्र 4 बी में वक्र 3 के अनुरूप उच्च आवृत्ति वोल्टेज के और भी अधिक आयाम के साथ, डायोड पर न्यूनतम वोल्टेज डायोड डंपिंग वोल्टेज से कम हो सकता है, इस मामले में, डोमेन डंपिंग के साथ एक मोड होता है (चित्र देखें)। 4e). एक डोमेन एक समय बिंदु पर बनता है और एक बिंदु पर विलीन हो जाता है जब वोल्टेज एक सीमा मान से अधिक होने के बाद एक नया डोमेन बनना शुरू हो जाता है। चूँकि किसी डोमेन का गायब होना उसके एनोड तक पहुँचने से जुड़ा नहीं है, इसलिए डोमेन शमन मोड में कैथोड और एनोड के बीच इलेक्ट्रॉनों की उड़ान का समय दोलन अवधि से अधिक हो सकता है:। इस प्रकार, अवमंदन मोड में। उत्पन्न आवृत्तियों की ऊपरी सीमा स्थिति द्वारा सीमित है और हो सकती है।

इलेक्ट्रॉनिक दक्षता डोमेन मोड में काम करने वाले गन डायोड पर आधारित जनरेटर को पहले हार्मोनिक और प्रत्यक्ष वर्तमान घटक के आयाम को खोजने के लिए फूरियर श्रृंखला (चित्र 4 देखें) में वर्तमान फ़ंक्शन का विस्तार करके निर्धारित किया जा सकता है। दक्षता मूल्य संबंधों पर निर्भर करता है , , , और इष्टतम मूल्य पर डोमेन विलंब मोड में GaAs डायोड के लिए 6% से अधिक नहीं है। इलेक्ट्रॉनिक दक्षता डोमेन-शमन मोड में डोमेन-विलंबित मोड की तुलना में कम है।

ओनोज़ मोड।

डोमेन मोड के कुछ समय बाद, गन डायोड के लिए स्पेस चार्ज के संचय को सीमित करने का एक तरीका प्रस्तावित और कार्यान्वित किया गया था। यह डायोड पर निरंतर वोल्टेज पर मौजूद होता है, थ्रेशोल्ड मान से कई गुना अधिक होता है, और उड़ान आवृत्ति से कई गुना अधिक आवृत्तियों पर बड़े वोल्टेज आयाम होते हैं। ONOS मोड को लागू करने के लिए, बहुत समान डोपिंग प्रोफ़ाइल वाले डायोड की आवश्यकता होती है। नमूने की लंबाई के साथ विद्युत क्षेत्र और इलेक्ट्रॉन एकाग्रता का समान वितरण डायोड में वोल्टेज में परिवर्तन की उच्च दर से सुनिश्चित होता है। यदि वह समय अवधि जिसके दौरान विद्युत क्षेत्र की तीव्रता एनडीसी विशेषता के क्षेत्र से गुजरती है, डोमेन गठन समय से बहुत कम है, तो डायोड की लंबाई के साथ क्षेत्र और अंतरिक्ष चार्ज का कोई ध्यान देने योग्य पुनर्वितरण नहीं होता है। पूरे नमूने में इलेक्ट्रॉनों की गति विद्युत क्षेत्र में परिवर्तन का "अनुसरण" करती है, और डायोड के माध्यम से धारा क्षेत्र पर गति की निर्भरता से निर्धारित होती है (चित्र 7)।

इस प्रकार, ओएनओएस मोड में, डायोड की नकारात्मक चालकता का उपयोग बिजली स्रोत की ऊर्जा को माइक्रोवेव दोलनों की ऊर्जा में परिवर्तित करने के लिए किया जाता है। इस मोड में, दोलन अवधि के दौरान, डायोड पर वोल्टेज थ्रेशोल्ड से कम रहता है और नमूना सकारात्मक इलेक्ट्रॉन गतिशीलता की विशेषता वाली स्थिति में होता है, यानी, अंतरिक्ष चार्ज, जो उस समय के दौरान बनने में कामयाब रहा जब विद्युत डायोड में फ़ील्ड थ्रेशोल्ड से ऊपर था, विघटित हो गया है।

हम फॉर्म में समय के साथ चार्ज में कमजोर वृद्धि की स्थिति को मोटे तौर पर लिखेंगे , कहाँ ; - क्षेत्र में नकारात्मक अंतर इलेक्ट्रॉन गतिशीलता का औसत मूल्य। समय में अंतरिक्ष चार्ज का पुनर्वसन, यदि और जहां प्रभावी होगा ; और - ढांकता हुआ विश्राम समय स्थिरांक और एक कमजोर क्षेत्र में इलेक्ट्रॉन गतिशीलता।

गिनती , , हमारे पास है । यह असमानता उन मूल्यों की सीमा निर्धारित करती है जिनके भीतर ओएनजेड मोड लागू किया जाता है।

ONOS मोड में गन डायोड जनरेटर की इलेक्ट्रॉनिक दक्षता की गणना वर्तमान आकार (चित्र 7) से की जा सकती है। पर अधिकतम दक्षता 17% है.

चित्र 7. ONOS मोड में गन डायोड पर करंट की समय निर्भरता।

डोमेन मोड में, उत्पन्न दोलनों की आवृत्ति लगभग उड़ान आवृत्ति के बराबर होती है। इसलिए, डोमेन मोड में काम करने वाले गन डायोड की लंबाई अभिव्यक्ति द्वारा ऑपरेटिंग आवृत्ति रेंज से संबंधित है

जहां गीगाहर्ट्ज में व्यक्त किया जाता है, और - माइक्रोन में। ONOS मोड में, डायोड की लंबाई ऑपरेटिंग आवृत्ति पर निर्भर नहीं करती है और डोमेन मोड में समान आवृत्तियों पर काम करने वाले डायोड की लंबाई से कई गुना अधिक हो सकती है। यह आपको डोमेन मोड में काम करने वाले जनरेटर की तुलना में ONOS मोड में जनरेटर की शक्ति में उल्लेखनीय वृद्धि करने की अनुमति देता है।

डोमेन मोड में गन डायोड में विचार की जाने वाली प्रक्रियाएं अनिवार्य रूप से आदर्शीकृत होती हैं, क्योंकि उन्हें अपेक्षाकृत कम आवृत्तियों (1-3 गीगाहर्ट्ज) पर महसूस किया जाता है, जहां दोलन अवधि डोमेन गठन समय से काफी कम होती है, और डायोड की लंबाई इससे कहीं अधिक होती है पारंपरिक डोपिंग स्तरों पर डोमेन की लंबाई . अक्सर, निरंतर-तरंग गन डायोड का उपयोग तथाकथित हाइब्रिड मोड में उच्च आवृत्तियों पर किया जाता है। गन डायोड के हाइब्रिड ऑपरेटिंग मोड ओएनओएस और डोमेन मोड के बीच मध्यवर्ती हैं। हाइब्रिड मोड के लिए यह विशिष्ट है कि एक डोमेन के निर्माण में अधिकांश दोलन अवधि लग जाती है। एक अपूर्ण रूप से निर्मित डोमेन तब हल हो जाता है जब डायोड पर तात्कालिक वोल्टेज थ्रेशोल्ड से नीचे के मान तक गिर जाता है। बढ़ते हुए अंतरिक्ष आवेश के क्षेत्र के बाहर विद्युत क्षेत्र की ताकत आम तौर पर सीमा से अधिक रहती है। हाइब्रिड मोड में डायोड में होने वाली प्रक्रियाओं का समीकरण (1), (3) और (4) का उपयोग करके कंप्यूटर का उपयोग करके विश्लेषण किया जाता है। हाइब्रिड मोड मूल्यों की एक विस्तृत श्रृंखला पर कब्जा कर लेते हैं और ONOZ मोड के रूप में सर्किट मापदंडों के प्रति उतने संवेदनशील नहीं होते हैं।

गन डायोड के ओएनओएस मोड और हाइब्रिड ऑपरेटिंग मोड को "हार्ड" स्व-उत्तेजना मोड के रूप में वर्गीकृत किया गया है, जो उच्च-आवृत्ति वोल्टेज के आयाम पर नकारात्मक इलेक्ट्रॉनिक चालकता की निर्भरता की विशेषता है। जनरेटर को हाइब्रिड मोड (साथ ही ONOZ मोड में) में डालना एक जटिल कार्य है और आमतौर पर डायोड को ट्रांजिट मोड से हाइब्रिड मोड में क्रमिक रूप से परिवर्तित करके किया जाता है।

चित्र.8. विभिन्न ऑपरेटिंग मोड के लिए GaAs गन डायोड जनरेटर की इलेक्ट्रॉनिक दक्षता:

1-डोमेन निर्माण में देरी के साथ

2-डोमेन दमन के साथ

चित्र.9. उच्च दक्षता मोड में गन डायोड के वोल्टेज (ए) और करंट (बी) की समय निर्भरता।

3-संकर

गन डायोड पर आधारित जनरेटर के डिजाइन और पैरामीटर।

चित्र 8 अधिकतम इलेक्ट्रॉनिक दक्षता के मान दिखाता है। विभिन्न ऑपरेटिंग मोड में GaAs गन डायोड। यह देखा जा सकता है कि मान 20% से अधिक नहीं है। कुशलता वृद्धि गन डायोड पर आधारित जनरेटर अधिक जटिल ऑसिलेटरी सिस्टम के उपयोग के माध्यम से संभव है, जो डायोड पर वर्तमान और वोल्टेज की समय निर्भरता प्रदान करना संभव बनाता है, जैसा कि चित्र 9 में दिखाया गया है। फ़ंक्शंस का विस्तार और फूरियर श्रृंखला में और GaAs गन डायोड के लिए 25% का इलेक्ट्रॉनिक दक्षता मान देता है। दूसरे वोल्टेज हार्मोनिक का उपयोग करके इष्टतम वक्र का काफी अच्छा सन्निकटन प्राप्त किया जाता है। कार्यकुशलता बढ़ाने का दूसरा तरीका गन डायोड में उच्च अनुपात वाली सामग्रियों का उपयोग शामिल है। इस प्रकार, इंडियम फॉस्फाइड के लिए यह 3.5 तक पहुंच जाता है, जिससे डायोड की सैद्धांतिक इलेक्ट्रॉनिक दक्षता 40% तक बढ़ जाती है।

यह ध्यान में रखा जाना चाहिए कि इलेक्ट्रॉनिक दक्षता गन डायोड पर आधारित जनरेटर उच्च आवृत्तियों पर कम हो जाते हैं, जब दोलन अवधि एनडीसी की स्थापना के समय के अनुरूप हो जाती है (यह पहले से ही ~ 30 गीगाहर्ट्ज की आवृत्तियों पर प्रकट होता है)। प्रक्रियाओं की जड़ता जो क्षेत्र पर इलेक्ट्रॉनों के औसत बहाव वेग की निर्भरता निर्धारित करती है, डायोड वर्तमान के एंटीफ़ेज़ घटक में कमी की ओर ले जाती है। इस घटना से जुड़े गन डायोड की सीमित आवृत्तियों का अनुमान GaAs उपकरणों के लिए ~100 GHz और InP उपकरणों के लिए 150-300 GHz है।

गन डायोड की आउटपुट शक्ति विद्युत और थर्मल प्रक्रियाओं द्वारा सीमित है। उत्तरार्द्ध का प्रभाव फॉर्म में आवृत्ति पर अधिकतम शक्ति की निर्भरता की ओर जाता है, जहां स्थिरांक संरचना की अनुमेय ओवरहीटिंग, सामग्री की थर्मल विशेषताओं और इलेक्ट्रॉनिक दक्षता द्वारा निर्धारित किया जाता है। और डायोड क्षमता. विद्युत मोड पर सीमाएं इस तथ्य के कारण हैं कि उच्च आउटपुट पावर पर दोलनों का आयाम डायोड पर निरंतर वोल्टेज के अनुरूप होता है: .

डोमेन मोड में इसलिए के अनुसार हमारे पास है:

,

समतुल्य भार प्रतिरोध कहां है, डायोड टर्मिनलों के लिए पुनर्गणना और एलपीडी के सक्रिय नकारात्मक प्रतिरोध के मॉड्यूल के बराबर।

डोमेन में अधिकतम विद्युत क्षेत्र की ताकत डायोड में औसत क्षेत्र मान से काफी अधिक है, साथ ही यह ब्रेकडाउन ताकत से कम होनी चाहिए जिस पर सामग्री का हिमस्खलन टूटना होता है (GaAs के लिए) ). आमतौर पर विद्युत क्षेत्र का अनुमेय मान माना जाता है।

एलपीडी की तरह, अपेक्षाकृत कम आवृत्तियों (सेंटीमीटर तरंग दैर्ध्य रेंज में) पर, गन डायोड की अधिकतम आउटपुट शक्ति थर्मल प्रभावों द्वारा निर्धारित की जाती है। मिलीमीटर रेंज में, डोमेन मोड में काम करने वाले डायोड के सक्रिय क्षेत्र की मोटाई छोटी हो जाती है और विद्युत सीमाएं प्रबल हो जाती हैं। तीन-सेंटीमीटर रेंज में निरंतर मोड में, एक डायोड से 14% तक की दक्षता के साथ 1-2 डब्ल्यू की शक्ति प्राप्त की जा सकती है; 60-100 GHz आवृत्तियों पर - कुछ प्रतिशत की दक्षता के साथ 100 WW तक। गन डायोड जनरेटर की विशेषता एलपीडी जनरेटर की तुलना में काफी कम आवृत्ति शोर है।

ONOZ मोड को विद्युत क्षेत्र के अधिक समान वितरण की विशेषता है। इसके अलावा, इस मोड में काम करने वाले डायोड की लंबाई महत्वपूर्ण हो सकती है। इसलिए, ONOS मोड में डायोड पर माइक्रोवेव वोल्टेज का आयाम डोमेन मोड में वोल्टेज की तुलना में परिमाण के 1-2 ऑर्डर अधिक हो सकता है। इस प्रकार, ओएनओएस मोड में गन डायोड की आउटपुट पावर को डोमेन मोड की तुलना में परिमाण के कई आदेशों तक बढ़ाया जा सकता है। ONOZ मोड के लिए, थर्मल सीमाएं सामने आती हैं। ओएनओएस मोड में गन डायोड अक्सर उच्च कर्तव्य चक्र के साथ स्पंदित मोड में काम करते हैं और सेंटीमीटर तरंग दैर्ध्य रेंज में कई किलोवाट तक बिजली उत्पन्न करते हैं।

गन डायोड पर आधारित जनरेटर की आवृत्ति मुख्य रूप से दोलन प्रणाली की गुंजयमान आवृत्ति द्वारा निर्धारित की जाती है, डायोड की कैपेसिटिव चालकता को ध्यान में रखते हुए और यांत्रिक और विद्युत तरीकों से एक विस्तृत श्रृंखला के भीतर ट्यून किया जा सकता है।

एक वेवगाइड जनरेटर (चित्र 10, ए) में, गन डायोड 1 एक धातु की छड़ के अंत में एक आयताकार वेवगाइड की चौड़ी दीवारों के बीच स्थापित किया जाता है। बायस वोल्टेज को चोक इनपुट 2 के माध्यम से आपूर्ति की जाती है, जो क्वार्टर-वेव समाक्षीय लाइनों के अनुभागों के रूप में बनाई जाती है और पावर स्रोत सर्किट में माइक्रोवेव दोलनों के प्रवेश को रोकने का काम करती है। लो-क्यू रेज़ोनेटर वेवगाइड में डायोड माउंटिंग तत्वों द्वारा बनता है। जनरेटर की आवृत्ति को अर्ध-तरंग दूरी पर स्थित एक वैक्टर डायोड 3 का उपयोग करके ट्यून किया जाता है और गन डायोड के समान वेवगाइड में स्थापित किया जाता है। अक्सर डायोड को कम ऊंचाई वाले वेवगाइड में शामिल किया जाता है, जो एक क्वार्टर-वेव ट्रांसफार्मर द्वारा मानक-सेक्शन आउटपुट वेवगाइड से जुड़ा होता है।

चित्र 10. गन डायोड पर आधारित जनरेटर का डिज़ाइन:

ए-वेवगाइड; बी - माइक्रोस्ट्रिप; सी-वाईआईजी क्षेत्र द्वारा आवृत्ति ट्यूनिंग के साथ

माइक्रोस्ट्रिप डिज़ाइन (चित्र 10, बी) में, डायोड 1 बेस और स्ट्रिप कंडक्टर के बीच जुड़ा हुआ है। आवृत्ति को स्थिर करने के लिए, एक उच्च-गुणवत्ता वाले ढांकता हुआ अनुनादक 4 का उपयोग कम नुकसान और उच्च मूल्य (उदाहरण के लिए, बेरियम टाइटेनेट) के साथ एक ढांकता हुआ से बनी डिस्क के रूप में किया जाता है, जो चौड़ाई के एमपीएल स्ट्रिप कंडक्टर के पास स्थित होता है। कैपेसिटर 5 पावर सर्किट और माइक्रोवेव पथ को अलग करने का कार्य करता है। आपूर्ति वोल्टेज को प्रारंभ करनेवाला सर्किट 2 के माध्यम से आपूर्ति की जाती है, जिसमें विभिन्न तरंग प्रतिबाधा के साथ दो क्वार्टर-वेव एमपीएल अनुभाग शामिल होते हैं, और कम प्रतिरोध वाली लाइन खुली होती है। आवृत्ति के सकारात्मक तापमान गुणांक के साथ ढांकता हुआ अनुनादकों का उपयोग तापमान (~ 40 kHz/°C) बदलते समय छोटी आवृत्ति बदलाव के साथ दोलक बनाना संभव बनाता है।

गन डायोड पर आधारित फ़्रीक्वेंसी-ट्यून करने योग्य जनरेटर का निर्माण येट्रियम आयरन गार्नेट सिंगल क्रिस्टल (छवि 10, सी) का उपयोग करके किया जा सकता है। इस मामले में जनरेटर की आवृत्ति उच्च गुणवत्ता वाले अनुनादक की गुंजयमान आवृत्ति की ट्यूनिंग के कारण बदल जाती है, जिसमें चुंबकीय क्षेत्र में परिवर्तन होने पर छोटे व्यास के YIG गोले का रूप होता है। अधिकतम ट्यूनिंग अनपैकेज्ड डायोड में प्राप्त की जाती है जिसमें न्यूनतम प्रतिक्रियाशील पैरामीटर होते हैं। डायोड के उच्च-आवृत्ति सर्किट में YIG-स्फीयर 6 को घेरने वाला एक छोटा मोड़ होता है। लोड सर्किट के साथ डायोड सर्किट का कनेक्शन YIG-स्फीयर और ऑर्थोगोनली स्थित युग्मन घुमावों द्वारा प्रदान किए गए पारस्परिक अधिष्ठापन के कारण किया जाता है। स्वचालित माप उपकरणों में व्यापक रूप से उपयोग किए जाने वाले ऐसे जनरेटर की विद्युत ट्यूनिंग रेंज 10-20 मेगावाट की आउटपुट पावर के साथ एक ऑक्टेव तक पहुंचती है।

गन डायोड पर आधारित एम्पलीफायर।

गन डायोड पर आधारित एम्पलीफायरों का विकास बहुत रुचि का है, खासकर मिलीमीटर तरंग दैर्ध्य रेंज के लिए, जहां माइक्रोवेव ट्रांजिस्टर का उपयोग सीमित है। गन डायोड पर आधारित एम्पलीफायर बनाते समय एक महत्वपूर्ण कार्य उनके संचालन की स्थिरता (डायोड स्थिरीकरण) सुनिश्चित करना और सबसे ऊपर, छोटे-सिग्नल डोमेन-प्रकार के दोलनों को दबाना है। इसे डायोड पैरामीटर को सीमित करके, बाहरी सर्किट के साथ डायोड को लोड करके, डायोड डोपिंग प्रोफ़ाइल का चयन करके, क्रॉस-सेक्शन को कम करके, या नमूने पर एक ढांकता हुआ फिल्म लागू करके प्राप्त किया जा सकता है। एम्पलीफायरों के रूप में, प्लेनर और मेसास्ट्रक्चर डायोड दोनों का उपयोग किया जाता है, जिनमें उड़ान आवृत्ति के पास एक विस्तृत आवृत्ति रेंज में दहलीज के ऊपर वोल्टेज पर नकारात्मक चालकता होती है और इनपुट पर एक सर्कुलेटर के साथ पुनर्योजी परावर्तक एम्पलीफायरों के साथ-साथ अधिक जटिल फिल्म संरचनाओं के रूप में उपयोग किया जाता है। जो एनडीसी के साथ एक सामग्री में तरंग वृद्धि स्पेस चार्ज की घटना का उपयोग करते हैं, जिसे अक्सर पतली-फिल्म यात्रा तरंग एम्पलीफायर (टीडब्ल्यूए) कहा जाता है।

सबक्रिटिकली डोप्ड डायोड में थ्रेशोल्ड से अधिक वोल्टेज पर भी रनिंग डोमेन का निर्माण असंभव है। जैसा कि गणना से पता चलता है, सबक्रिटिकल डायोड को उड़ान आवृत्ति के करीब आवृत्तियों पर, सीमा से अधिक वोल्टेज पर एक नकारात्मक समकक्ष प्रतिरोध की विशेषता होती है। इनका उपयोग परावर्तक एम्पलीफायरों में किया जा सकता है। हालाँकि, उनकी कम गतिशील सीमा और लाभ के कारण, उनका उपयोग सीमित है।

व्यापक आवृत्ति रेंज पर स्थिर नकारात्मक चालकता, 40% तक पहुंचने पर, डायोड में महसूस की जाती है कम डायोड लंबाई (~8-15 µm) और वोल्टेज पर . कम वोल्टेज पर, उत्पादन देखा जाता है, जिसके टूटने को बढ़ते वोल्टेज के साथ डिवाइस के बढ़ते तापमान के साथ सामग्री के एनडीसी में कमी से समझाया जा सकता है।

नमूने की गैर-समान डोपिंग के कारण डायोड की लंबाई के साथ विद्युत क्षेत्र का एक समान वितरण और एक विस्तृत आवृत्ति बैंड पर स्थिर प्रवर्धन प्राप्त किया जा सकता है (चित्र 12, ए)। यदि कैथोड के पास लगभग 1 माइक्रोमीटर लंबी एक संकीर्ण हल्की डोप की गई परत है, तो यह कैथोड से इलेक्ट्रॉनों के इंजेक्शन को सीमित कर देती है और विद्युत क्षेत्र में तेज वृद्धि की ओर ले जाती है। से लेकर एनोड की ओर नमूने की लंबाई के साथ अशुद्धता सांद्रता बढ़ाने से विद्युत क्षेत्र की एकरूपता प्राप्त करना संभव हो जाता है। इस प्रोफ़ाइल वाले डायोड में प्रक्रियाओं की गणना आमतौर पर कंप्यूटर पर की जाती है।

चित्र 12. उच्च प्रतिरोध कैथोड क्षेत्र के साथ गन डायोड में डोपिंग प्रोफ़ाइल (ए) और फ़ील्ड वितरण (बी)।

विचार किए गए एम्पलीफायरों के प्रकार एक विस्तृत गतिशील रेंज, 2-3% की दक्षता और सेंटीमीटर तरंग दैर्ध्य रेंज में ~10 डीबी के शोर आंकड़े की विशेषता रखते हैं।

चित्र 13. अनुदैर्ध्य बहाव के साथ GaAs पतली-फिल्म यात्रा तरंग एम्पलीफायर का आरेख

एम्पलीफायर को संचालित करने के लिए, डिवाइस की लंबाई के साथ फिल्म की एकरूपता और विद्युत क्षेत्र की एकरूपता सुनिश्चित करना आवश्यक है। BW पूर्वाग्रह वोल्टेज GaAs NDC क्षेत्र में स्थित है, अर्थात . इस मामले में, अंतरिक्ष आवेश तरंग फिल्म के साथ आगे बढ़ने पर बढ़ती है। यूडब्ल्यूवी में छोटी मोटाई की फिल्मों का उपयोग करके और बड़े मूल्य वाले ढांकता हुआ के साथ GaAs फिल्म को कोटिंग करके विद्युत क्षेत्र का एक स्थिर, समान वितरण प्राप्त किया जाता है।

एक-आयामी मामले (1), (3), (4) और छोटे सिग्नल मोड के लिए इलेक्ट्रॉन गति के बुनियादी समीकरणों का अनुप्रयोग, जब संवहन धारा के निरंतर घटक, विद्युत क्षेत्र की ताकत और चार्ज घनत्व बहुत अधिक होते हैं चर घटकों का आयाम (), निरंतर प्रसार के लिए फैलाव समीकरण की ओर जाता है, जिसका समाधान दो तरंगों के रूप में होता है।

उनमें से एक चरण वेग के साथ कैथोड से एनोड तक फिल्म के साथ फैलने वाली एक सीधी तरंग है, और इसमें एक आयाम है जो कानून के अनुसार भिन्न होता है:

डिवाइस के इनपुट से इलेक्ट्रॉनों की गति का समय कहां है। ओडीपी क्षेत्र में काम करते समय सीधी तरंग भी बढ़ जाती है। दूसरी लहर विपरीत है, एनोड से कैथोड तक फैलती है और आयाम में क्षीण हो जाती है। GaAs के लिए प्रसार गुणांक है , इसलिए विपरीत तरंग शीघ्र ही क्षय हो जाती है। (9) से डिवाइस का लाभ (डीबी) है

(10)

(10) पर अनुमान लगाएं और 0.3-3 dB/µm के क्रम का लाभ देता है। यह ध्यान में रखना चाहिए कि अभिव्यक्ति (10) मूलतः गुणात्मक है। अंतरिक्ष आवेश की बढ़ती तरंगों की गणना करने के लिए इसका सीधा उपयोग छोटी फिल्म की मोटाई के लिए सीमा स्थितियों के मजबूत प्रभाव के कारण त्रुटियों का कारण बन सकता है, क्योंकि समस्या को दो-आयामी माना जाना चाहिए। इलेक्ट्रॉन प्रसार को भी ध्यान में रखा जाना चाहिए, उस आवृत्ति सीमा को सीमित करना जिस पर प्रवर्धन संभव है। गणना 10 गीगाहर्ट्ज़ या अधिक की आवृत्तियों पर यूडब्ल्यूवी में ~0.5-1 डीबी/μm का लाभ प्राप्त करने की संभावना की पुष्टि करती है। ऐसे उपकरणों का उपयोग नियंत्रित चरण शिफ्टर्स और माइक्रोवेव विलंब लाइनों के रूप में भी किया जा सकता है।

[एल]। बेरेज़िन और अन्य। माइक्रोवेव इलेक्ट्रॉनिक उपकरण। - एम. ​​हायर स्कूल 1985।

ईएम वेक्टर क्षमता के क्षेत्र के लिए उन्हें संशोधित करने के उद्देश्य से समीकरणों (1) की चर्चा, क्योंकि नए समीकरण भौतिक मीडिया में इलेक्ट्रोडायनामिक क्षेत्रों की गैर-थर्मल कार्रवाई की प्रक्रियाओं का लगातार वर्णन करना संभव बना देंगे: विद्युत और चुंबकीय माध्यम का ध्रुवीकरण, ईएम आवेग के कोणीय गति का उसमें स्थानांतरण। ईएम क्षेत्र के घटकों और ईएम वेक्टर क्षमता के क्षेत्र के बीच प्राथमिक संबंध के बहुत प्रारंभिक संबंध...

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वे थर्मोइलेक्ट्रिक तारों का उपयोग करके माध्यमिक उपकरणों से जुड़े होते हैं, जो थर्मोइलेक्ट्रोड का विस्तार करते हैं। थर्मोइलेक्ट्रिक कन्वर्टर्स के साथ मिलकर काम करने वाले माध्यमिक उपकरण मैग्नेटोइलेक्ट्रिक मिलिवोल्टमीटर और पोटेंशियोमीटर हैं। मैग्नेटोइलेक्ट्रिक मिलिवोल्टमीटर का संचालन एक कंडक्टर द्वारा बनाए गए फ्रेम की परस्पर क्रिया पर आधारित होता है जिसके माध्यम से करंट प्रवाहित होता है...

तापमान नियंत्रण; जर्मेनियम और सिलिकॉन फ्लैट डायोड। सैद्धांतिक पोषण संबंधी ज्ञान जो प्रयोगशाला कार्य के लिए आवश्यक है: 1. विभिन्न प्रकार की चालकता वाले कंडक्टरों के संपर्क के परिणामस्वरूप होने वाली भौतिक प्रक्रियाएं। 2. समान स्टेशन पर इलेक्ट्रॉनिक-निर्देशिका संक्रमण। ऊर्जा आरेख. 3. चार्ज का इंजेक्शन और निष्कासन। 4. वोल्ट एम्पीयर विशेषता (...

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परिचय

एक नई वैज्ञानिक और तकनीकी दिशा के रूप में माइक्रोइलेक्ट्रॉनिक की उत्पत्ति और विकास, जो जटिल रेडियो-इलेक्ट्रॉनिक उपकरण (आरईए) के निर्माण को सुनिश्चित करता है, सीधे तौर पर उस संकट की स्थिति से संबंधित है जो 60 के दशक की शुरुआत में उत्पन्न हुई थी, जब अलग-अलग तत्वों से आरईए के निर्माण के पारंपरिक तरीकों का उपयोग किया गया था। उनकी अनुक्रमिक असेंबली आरईए की आवश्यक विश्वसनीयता, दक्षता, ऊर्जा खपत, विनिर्माण समय और स्वीकार्य आयाम प्रदान नहीं कर सकी।

अपने अस्तित्व की छोटी अवधि के बावजूद, विज्ञान और प्रौद्योगिकी के अन्य क्षेत्रों के साथ माइक्रोइलेक्ट्रॉनिक्स के अंतर्संबंध ने इस उद्योग के विकास की असामान्य रूप से उच्च दर सुनिश्चित की है और नए विचारों के औद्योगिक कार्यान्वयन के लिए समय को काफी कम कर दिया है। एकीकृत सर्किट के विकास, जो उत्पादन और प्रबंधन के स्वचालन का आधार हैं, और एकीकृत सर्किट के डिजाइन, उत्पादन और परीक्षण की प्रक्रिया को स्वचालित करने के लिए इन विकासों के उपयोग के बीच अजीबोगरीब फीडबैक लिंक के उद्भव से भी यह सुविधा हुई।

माइक्रोइलेक्ट्रॉनिक्स के विकास ने इलेक्ट्रॉनिक उपकरणों के डिजाइन सिद्धांतों में मूलभूत परिवर्तन किए हैं और जटिल एकीकरण के उपयोग को जन्म दिया है, जिसमें शामिल हैं:

संरचनात्मक या सर्किट एकीकरण (यानी, एक एकल संरचनात्मक इकाई के भीतर सर्किट कार्यों का एकीकरण); सैकड़ों और हजारों घटकों के क्रम पर एकीकरण की डिग्री के साथ, सिस्टम को घटकों, उपकरणों, उपप्रणालियों और ब्लॉकों में विभाजित करने के मौजूदा तरीके, साथ ही घटकों, उपकरणों और उपप्रणालियों के विकास के समन्वय के रूप अप्रभावी हो जाते हैं; उसी समय, गुरुत्वाकर्षण का केंद्र सर्किटरी के क्षेत्र में चला जाता है, जिसके लिए सुपरमॉड्यूलर स्तर पर उपकरणों के निर्माण के साथ इलेक्ट्रॉनिक सिस्टम को लागू करने के तरीकों के आमूल-चूल पुनर्गठन की आवश्यकता होती है;

1. एकीकृत सर्किट के उत्पादन में पतली फिल्म प्रौद्योगिकी की भूमिका

एकीकृत इलेक्ट्रॉनिक्स प्रौद्योगिकी के एक नए या अलग क्षेत्र के रूप में विकसित नहीं हो रहा है, बल्कि पहले से अलग अर्धचालक उपकरणों के उत्पादन और टॉपकोटेड फिल्म कोटिंग्स के निर्माण में उपयोग की जाने वाली कई तकनीकी तकनीकों को सामान्य बनाकर विकसित हो रहा है। इसके अनुसार, एकीकृत इलेक्ट्रॉनिक्स में दो मुख्य दिशाओं की पहचान की गई है: अर्धचालक और पतली-फिल्म।

एकल मोनोक्रिस्टलाइन सेमीकंडक्टर (अब तक केवल सिलिकॉन) वेफर पर एक एकीकृत सर्किट का निर्माण पिछले दशकों में विकसित सेमीकंडक्टर उपकरणों के निर्माण के तकनीकी सिद्धांतों का एक प्राकृतिक विकास है, जो कि, जैसा कि ज्ञात है, संचालन में खुद को साबित कर चुके हैं।

एकीकृत इलेक्ट्रॉनिक्स की पतली-फिल्म दिशा एक सामान्य आधार (सब्सट्रेट) पर विभिन्न सामग्रियों की फिल्मों के अनुक्रमिक विकास पर आधारित है, जिसमें सूक्ष्म भागों (प्रतिरोधक, कैपेसिटर, संपर्क पैड इत्यादि) और इन-सर्किट कनेक्शन का एक साथ गठन होता है। ये फिल्में.

अपेक्षाकृत हाल ही में, सेमीकंडक्टर (ठोस) और पतली-फिल्म हाइब्रिड आईसी को एकीकृत इलेक्ट्रॉनिक्स के विकास में प्रतिस्पर्धी दिशाओं के रूप में माना जाता था। हाल के वर्षों में, यह स्पष्ट हो गया है कि ये दोनों दिशाएँ बिल्कुल भी विशिष्ट नहीं हैं, बल्कि इसके विपरीत, परस्पर पूरक और एक-दूसरे को समृद्ध करती हैं। इसके अलावा, आज तक, किसी एक प्रकार की तकनीक का उपयोग करने वाले एकीकृत सर्किट नहीं बनाए गए हैं (और, जाहिर है, इसकी कोई आवश्यकता नहीं है)। यहां तक ​​कि मोनोलिथिक सिलिकॉन सर्किट, जो मुख्य रूप से सेमीकंडक्टर तकनीक का उपयोग करके निर्मित होते हैं, एक साथ इन-सर्किट कनेक्शन बनाने के लिए एल्यूमीनियम और अन्य धातुओं की फिल्मों के वैक्यूम जमाव जैसे तरीकों का उपयोग करते हैं, यानी, वे तरीके जिन पर पतली फिल्म तकनीक आधारित होती है।

पतली-फिल्म प्रौद्योगिकी का सबसे बड़ा लाभ इसका लचीलापन है, जो इष्टतम मापदंडों और विशेषताओं के साथ सामग्रियों का चयन करने और वास्तव में, किसी भी आवश्यक कॉन्फ़िगरेशन और निष्क्रिय तत्वों के मापदंडों को प्राप्त करने की क्षमता में व्यक्त किया गया है। इस मामले में, तत्वों के व्यक्तिगत मापदंडों को बनाए रखने की सहनशीलता को 1-2% तक बढ़ाया जा सकता है। यह लाभ उन मामलों में विशेष रूप से प्रभावी है जहां रेटिंग का सटीक मूल्य और निष्क्रिय घटकों के मापदंडों की स्थिरता महत्वपूर्ण है (उदाहरण के लिए, रैखिक सर्किट, प्रतिरोधक और आरसी सर्किट, कुछ प्रकार के फिल्टर, चरण-संवेदनशील और के निर्माण में) चयनात्मक सर्किट, जनरेटर, आदि।)।

अर्धचालक और पतली फिल्म प्रौद्योगिकी दोनों के निरंतर विकास और सुधार के साथ-साथ आईसी की बढ़ती जटिलता के कारण, जो घटकों की संख्या में वृद्धि और उनके कार्यों की जटिलता में परिलक्षित होता है, यह उम्मीद की जानी चाहिए कि निकट भविष्य में भविष्य में तकनीकी तरीकों और तकनीकों के एकीकरण की प्रक्रिया होगी और अधिकांश जटिल आईसी का निर्माण अभिसरण प्रौद्योगिकी का उपयोग करके किया जाएगा। इस मामले में, आईसी के ऐसे पैरामीटर और ऐसी विश्वसनीयता प्राप्त करना संभव है जिसे प्रत्येक प्रकार की तकनीक का अलग-अलग उपयोग करके प्राप्त नहीं किया जा सकता है। उदाहरण के लिए, सेमीकंडक्टर आईसी के निर्माण में, सभी तत्वों (निष्क्रिय और सक्रिय) को एक तकनीकी प्रक्रिया में निष्पादित किया जाता है, इसलिए तत्वों के पैरामीटर परस्पर संबंधित होते हैं। सक्रिय तत्व निर्णायक होते हैं, क्योंकि आमतौर पर ट्रांजिस्टर के बेस-कलेक्टर जंक्शन का उपयोग संधारित्र के रूप में किया जाता है, और ट्रांजिस्टर के आधार के निर्माण से उत्पन्न प्रसार क्षेत्र को अवरोधक के रूप में उपयोग किया जाता है। एक ही समय में दूसरों की विशेषताओं को बदले बिना एक तत्व के मापदंडों को अनुकूलित करना असंभव है। सक्रिय तत्वों की विशेषताओं को देखते हुए, निष्क्रिय तत्वों की रेटिंग केवल उनके आकार को बदलकर ही बदली जा सकती है।

संयुक्त तकनीक का उपयोग करते समय, सक्रिय तत्वों को अक्सर सिलिकॉन वेफर में प्लेनर तकनीक का उपयोग करके निर्मित किया जाता है, और निष्क्रिय तत्वों को ऑक्सीकृत तत्व-दर-तत्व (प्रतिरोधकों और कभी-कभी कैपेसिटर) पर पतली-फिल्म तकनीक का उपयोग करके निर्मित किया जाता है - एक ही सिलिकॉन वेफर की सतह . हालाँकि, IC के सक्रिय और निष्क्रिय भागों की निर्माण प्रक्रियाएँ समय के साथ अलग हो जाती हैं। इसलिए, निष्क्रिय तत्वों की विशेषताएं काफी हद तक स्वतंत्र हैं और सामग्री, फिल्म की मोटाई और ज्यामिति की पसंद से निर्धारित होती हैं। क्योंकि हाइब्रिड आईसी के ट्रांजिस्टर सब्सट्रेट के अंदर स्थित होते हैं, ऐसे सर्किट का आकार हाइब्रिड आईसी की तुलना में काफी कम किया जा सकता है, जो अलग-अलग सक्रिय तत्वों का उपयोग करते हैं जो सब्सट्रेट पर अपेक्षाकृत बड़ी मात्रा में जगह घेरते हैं।

संयुक्त प्रौद्योगिकी का उपयोग करके बनाए गए सर्किट के कई निस्संदेह फायदे हैं। उदाहरण के लिए, इस मामले में एक छोटे से क्षेत्र में, बहुत संकीर्ण चौड़ाई और उच्च सतह प्रतिरोध वाले, बड़े मूल्य और प्रतिरोध के छोटे तापमान गुणांक वाले प्रतिरोधक प्राप्त करना संभव है। प्रतिरोधों के उत्पादन के दौरान जमाव दर को नियंत्रित करने से उन्हें बहुत उच्च परिशुद्धता के साथ निर्मित किया जा सकता है। फिल्म जमाव द्वारा प्राप्त प्रतिरोधों को उच्च तापमान पर भी सब्सट्रेट के माध्यम से रिसाव धाराओं की विशेषता नहीं होती है, और सब्सट्रेट की अपेक्षाकृत उच्च तापीय चालकता सर्किट में ऊंचे तापमान वाले क्षेत्रों के दिखाई देने की संभावना को रोकती है।

एपिटैक्सियल-प्लानर तकनीक का उपयोग करके आईसी के उत्पादन के अलावा, पतली फिल्मों का व्यापक रूप से हाइब्रिड आईसी के उत्पादन के साथ-साथ नए प्रकार के माइक्रोइलेक्ट्रॉनिक उपकरणों (चार्ज-युग्मित डिवाइस, जोसेफसन पर आधारित क्रायोट्रॉन चार्जर) के निर्माण में भी उपयोग किया जाता है। प्रभाव, बेलनाकार चुंबकीय डोमेन पर चार्जर, आदि)।

2. अर्धचालक उपकरणों और एकीकृत सर्किट की पतली-फिल्म धातुकरण

सिलिकॉन, इंटरकनेक्ट और संपर्क पैड के साथ-साथ एमओएस संरचनाओं के गेट इलेक्ट्रोड के लिए ओमिक संपर्क बनाने के लिए अर्धचालक उपकरणों और आईसी के निर्माण में, इस धातु के निम्नलिखित फायदों के कारण एल्यूमीनियम फिल्में व्यापक हो गई हैं:

अल की कम लागत और सभी धातुकरण प्रक्रियाओं के लिए एक धातु का उपयोग करने की संभावना, जो प्रौद्योगिकी की लागत को काफी सरल और कम करती है और गैल्वेनिक प्रभावों की घटना को रोकती है;

अल फिल्मों की उच्च विद्युत चालकता, थोक सामग्री की विद्युत चालकता के करीब; टंगस्टन क्रूसिबल और इलेक्ट्रॉन बीम बाष्पीकरणकर्ताओं से वैक्यूम में अल के वाष्पीकरण में आसानी;

सिलिकॉन और उसके ऑक्साइड के साथ A1 का उच्च आसंजन; सिलिकॉन और एन-प्रकार की चालकता के साथ अल का कम-प्रतिरोध संपर्क;

एक ठोस समाधान के गठन के साथ अल में सिलिकॉन की ध्यान देने योग्य घुलनशीलता जो लगभग विद्युत चालकता को कम नहीं करती है;

अल-सी प्रणाली में रासायनिक यौगिकों की अनुपस्थिति;

Si02 के साथ A1 की रासायनिक अंतःक्रिया, आंशिक रूप से संपर्क पैड पर शेष; ऑक्सीकरण वातावरण और विकिरण प्रतिरोध में रासायनिक प्रतिरोध A1;

सिलिकॉन और सिलिकॉन डाइऑक्साइड के साथ प्रतिक्रिया नहीं करने वाले इत्यादि का उपयोग करके प्रवाहकीय ट्रैक की कॉन्फ़िगरेशन प्राप्त करने के लिए फोटोलिथोग्राफ़िक संचालन में आसानी; अच्छा अल लचीलापन और चक्रीय तापमान परिवर्तन के प्रति प्रतिरोध।

जमा की गई अल फिल्मों के दाने का आकार सब्सट्रेट के वाष्पीकरण दर और तापमान पर काफी निर्भर करता है। दाने का आकार जितना बड़ा होगा और फिल्म की क्रिस्टल संरचना जितनी अधिक परिपूर्ण होगी, इसकी प्रतिरोधकता उतनी ही कम होगी, इलेक्ट्रोमाइग्रेशन का प्रभाव उतना कम होगा और, परिणामस्वरूप, वर्तमान-वाहक पथ और ओमिक संपर्कों की सेवा जीवन लंबा होगा। (111) तल में गैर-ऑक्सीकृत सिलिकॉन सतहों पर अल फिल्मों की उन्मुख वृद्धि लगभग 3 * 10-2 μm * s-1 की जमाव दर और 200-250 डिग्री सेल्सियस के सब्सट्रेट तापमान पर देखी जाती है।

ऐसी उच्च फिल्म जमाव दर प्राप्त करने के लिए, इलेक्ट्रॉन बीम बाष्पीकरणकर्ताओं का सबसे अधिक उपयोग किया जाता है। इस मामले में, सब्सट्रेट के अतिरिक्त विकिरण हीटिंग के कारण फिल्मों की क्रिस्टलीय संरचना की पूर्णता की डिग्री अनियंत्रित रूप से बदल सकती है, जिसका परिमाण बाष्पीकरणकर्ता की शक्ति और सब्सट्रेट सामग्री और मोटाई दोनों पर निर्भर करता है। जमा फिल्म. वाष्पित अल वाष्प के आणविक बीम में आवेशित कणों की उपस्थिति के कारण फिल्म की संरचना में अनियंत्रित परिवर्तन भी उत्पन्न होते हैं। कैथोड उत्सर्जन धारा जितनी अधिक होगी और वाष्पीकरण दर जितनी अधिक होगी, आवेशित कणों की सांद्रता उतनी ही अधिक होगी।

शुद्ध अल फिल्मों के महत्वपूर्ण नुकसानों में से एक इलेक्ट्रोडिफ़्यूज़न (एक कंडक्टर के साथ सामग्री आयनों का बहाव, चाहे बाद के सिरों पर कोई संभावित अंतर हो) के परिणामस्वरूप पदार्थ का स्थानांतरण है। आयन की गति की गति तापमान का एक कार्य है और तापमान के साथ बढ़ती है। विद्युत प्रसार के अलावा, कंडक्टर के सिरों पर तापमान अंतर के परिणामस्वरूप धातु परमाणुओं का प्रसार संभव है। यदि अल को सिलिकॉन ऑक्साइड पर जमा किया जाता है, तो इससे गर्मी का खराब अपव्यय होता है, प्रवाहकीय पथों पर "गर्म" केंद्रों की उपस्थिति होती है और, परिणामस्वरूप, महत्वपूर्ण तापमान प्रवणता होती है। अन्य धातुओं की तुलना में कम वर्तमान घनत्व पर अल के इलेक्ट्रोमाइग्रेशन से फिल्म में रिक्त स्थान दिखाई देते हैं (किर्केंडल प्रभाव)।

चूंकि इलेक्ट्रोडिफ्यूजन एक सक्रियण प्रक्रिया है, यह महत्वपूर्ण रूप से अनाज सीमा सतह की स्थिति पर निर्भर करता है। अनाज के आकार को बढ़ाकर और एक सुरक्षात्मक कोटिंग सामग्री का चयन करके सीमाओं की सीमा को कम करने से सक्रियण ऊर्जा में काफी वृद्धि हो सकती है और, परिणामस्वरूप, विफलताओं के बीच का समय बढ़ सकता है। एल्यूमीनियम में तांबा, मैग्नीशियम, क्रोमियम और एल्यूमीनियम ऑक्साइड की अशुद्धियाँ जोड़कर विफलताओं के बीच के समय में उल्लेखनीय वृद्धि हासिल की जा सकती है।

फिल्म A1 को लगाने और करंट ले जाने वाले ट्रैक के आवश्यक कॉन्फ़िगरेशन को प्राप्त करने के बाद, A1 को कम-प्रतिरोध संपर्क प्राप्त करने के लिए 500-550°C के तापमान पर सिलिकॉन में फ़्यूज़ किया जाता है। संपर्क सब्सट्रेट्स से सटे वर्तमान पथों पर अतिरिक्त सिलिकॉन के प्रवासन से A1 छीलने और IC विफलताएं होती हैं। इसे रोकने के लिए, A1 के वाष्पित होने पर इसमें लगभग 2 wt डालना आवश्यक है। % सिलिकॉन. A1 से संपर्क पैड में सिलिकॉन जोड़ने से उथली उत्सर्जक परत (लगभग 1 माइक्रोन) से सिलिकॉन का स्थानांतरण कम हो जाता है, जो द्विध्रुवी ट्रांजिस्टर पर आईसी के प्रदर्शन को महत्वपूर्ण रूप से बढ़ाता है और आईसी में उथले उत्सर्जक जंक्शनों के शॉर्ट-सर्किट को रोकता है। . A1 फिल्म में सिलिकॉन के प्रवास को रोकने के लिए, एक टाइटेनियम फिल्म का उपयोग मध्यवर्ती परत के रूप में किया जा सकता है। तेजी से काम करने वाले आईसी में टाइटेनियम सबलेयर के साथ ओमिक संपर्क बनाने की विधि के उपयोग ने विफलताओं के बीच के समय को 20 गुना तक बढ़ाना संभव बना दिया। टाइटेनियम के अलावा, प्लैटिनम या पैलेडियम की एक निचली परत का उपयोग प्लैटिनम सिलिसाइड या पैलेडियम सिलिसाइड बनाने के लिए किया जा सकता है।

पहले सूचीबद्ध फायदों के साथ, एल्यूमीनियम धातुकरण के कई महत्वपूर्ण नुकसान हैं, जिनमें से सबसे महत्वपूर्ण निम्नलिखित हैं:

A1 परमाणुओं की कम सक्रियण ऊर्जा, जिससे लगभग 106 A/cm2 के वर्तमान घनत्व और ऊंचे तापमान पर विद्युत प्रवासन होता है, जिसके परिणामस्वरूप फिल्मों में रिक्त स्थान दिखाई देते हैं;

A1 के इलेक्ट्रोमाइग्रेशन और पुन: क्रिस्टलीकरण के परिणामस्वरूप थूक पर तेज प्रोट्रूशियंस के गठन के कारण बहु-स्तरीय धातुकरण प्रणालियों में ढांकता हुआ के माध्यम से शॉर्ट सर्किट की संभावना;

अन्य धातुओं का एक साथ उपयोग करने पर अल के गैल्वेनिक क्षरण का खतरा; अनाज की सीमाओं के साथ A1 की उच्च प्रसार दर, जो 500°C से ऊपर के तापमान पर A1 धातुकरण वाले उपकरणों के उपयोग की अनुमति नहीं देती है;

लगभग 500 डिग्री सेल्सियस के तापमान पर सिलिकॉन डाइऑक्साइड के साथ ए1 की तीव्र रासायनिक बातचीत;

एल्यूमीनियम-सिलिकॉन प्रणालियों के यूटेक्टिक में कम पिघलने बिंदु लगभग 577 डिग्री सेल्सियस है;

थर्मल विस्तार गुणांक A1 और 51 के बीच एक बड़ा अंतर (6 गुना);

A1 की कोमलता और, परिणामस्वरूप, फिल्मों की कम यांत्रिक शक्ति;

सोल्डरिंग द्वारा लीड को जोड़ने की असंभवता;

उच्च कार्य फ़ंक्शन के कारण एमओएस संरचनाओं में उच्च थ्रेशोल्ड वोल्टेज।

सूचीबद्ध नुकसानों के कारण, छोटे उत्सर्जक जंक्शनों वाले आईसी और ट्रांजिस्टर के साथ-साथ गेट इलेक्ट्रोड बनाने के लिए एमआईएस आईसी में एल्यूमीनियम धातुकरण का उपयोग नहीं किया जाता है। इस प्रयोजन के लिए, विभिन्न धातुओं से बने सिंगल-लेयर और मल्टीलेयर सिस्टम का उपयोग किया जाता है (शीर्ष परत के लिए A1 सहित)। सबसे उपयुक्त सामग्री टंगस्टन और मोलिब्डेनम हैं। विशेष रूप से, टंगस्टन में लगभग सिलिकॉन के समान टीसीआर होता है, सिलिकॉन और एन-प्रकार की चालकता के लिए अच्छा ओमिक संपर्क, विद्युत चालकता में एल्यूमीनियम से एक छोटा (2.5 गुना) अंतर, स्व-प्रसार के दौरान सभी धातुओं की उच्चतम सक्रियण ऊर्जा, उच्च सिलिकॉन के साथ यूटेक्टिक का तापमान पिघलना, हवा में रासायनिक जड़ता और हाइड्रोफ्लोरोइक एसिड के जलीय घोल में, साथ ही उच्च कठोरता, जो फिल्म पर खरोंच की संभावना को समाप्त करती है।

डब्ल्यू के उच्च तापमान प्रतिरोध के कारण, इसका उपयोग बहु-परत धातुकरण के लिए किया जा सकता है, डब्ल्यू के साथ सिलिकॉन डाइऑक्साइड की परतों को वैकल्पिक किया जा सकता है। गर्मी उपचार के दौरान, फिल्म की सतह पर कोई टीला नहीं बनता है और बीच में शॉर्ट सर्किटिंग का कोई खतरा नहीं होता है बहु-परत धातुकरण में धारा प्रवाहित पथ। इसके अलावा, डब्ल्यू फिल्में (साथ ही मो फिल्में) एक धातुकर्म बाधा हैं जो सिलिकॉन और एल्यूमीनियम की इंटरक्रिस्टलाइन संरचना के गठन को रोकती हैं।

डब्ल्यू धातुकरण का नुकसान फिल्मों को प्राप्त करने में कठिनाई है (जिसके लिए आमतौर पर टंगस्टन हेक्सोफ्लोराइड के पायरोलिसिस का उपयोग किया जाता है) और उन्हें खोदना (फेरोसाइनाइड के क्षारीय समाधान में)। ये दोनों प्रक्रियाएँ जटिल हैं और इनमें विषाक्त पदार्थ शामिल हैं। इसके अलावा, बाहरी लीड को सीधे टंगस्टन से जोड़ना असंभव है, इसलिए संपर्क पैड पर इसके ऊपर कुछ अन्य धातु (Pt, Ni, Au, Cu, Al, आदि) लगाई जाती है।

माइक्रोवेव आईसी, विशेष प्रयोजन आईसी के निर्माण में, और हाइब्रिड तकनीक में भी, धातुकरण का उपयोग किया जाता है, जिसमें पतली धातुओं की कई परतें शामिल होती हैं। इस मामले में, आमतौर पर धातु की पहली (निचली) परत में सिलिकॉन और सिलिकॉन डाइऑक्साइड दोनों के लिए उच्च आसंजन होना चाहिए और साथ ही इन सामग्रियों में कम घुलनशीलता और प्रसार गुणांक होना चाहिए। ये आवश्यकताएं क्रोमियम, टाइटेनियम, मोलिब्डेनम और प्लैटिनम सिलिसाइड जैसी धातुओं से पूरी होती हैं। दो-परत धातुकरण के साथ, धातु की दूसरी (ऊपरी) परत में उच्च विद्युत चालकता होनी चाहिए और तार की वेल्डिंग को सुनिश्चित करना चाहिए। हालाँकि, कुछ प्रणालियों (जैसे Cr-Au, Ti-Au या Cr-Cu) में संपर्क

गर्मी उपचार के दौरान, वे अपनी सीमाओं पर इंटरमेटेलिक यौगिकों के गठन के परिणामस्वरूप यांत्रिक शक्ति खो देते हैं। इसके अलावा, ऊपरी धातु अंतर्निहित परत के माध्यम से सिलिकॉन में फैल जाती है, जिससे जोड़ की यांत्रिक शक्ति कम हो जाती है और संपर्क प्रतिरोध बदल जाता है। इस घटना को खत्म करने के लिए, आमतौर पर धातु की तीसरी परत का उपयोग किया जाता है, जो एक बाधा है जो सिलिकॉन के साथ ऊपरी धातुकरण परत की बातचीत को रोकती है। उदाहरण के लिए, ट्रिपल सिस्टम टीटी-पीएल-एयू में, जिसका उपयोग बीम टर्मिनलों के निर्माण में किया जाता है, परत

चावल। 1. A1-A1rOz-A1 प्रणाली में दो-स्तरीय धातुकरण की निर्माण प्रक्रिया की योजना। माइक्रोइलेक्ट्रॉनिक्स एकीकृत पतली फिल्म

ए--धातुकरण से पहले सिलिकॉन ऑक्साइड की मोटी और पतली परतें लगाना (ओमिक संपर्क का क्षेत्र दिखाया गया है); बी - एल्यूमीनियम का अनुप्रयोग, पहला स्तर बनाना; सी - धातु के पहले स्तर की फोटोउत्कीर्णन; डी - एक फोटोरेसिस्ट मास्क के साथ धातुकरण के पहले स्तर का एनोडाइजिंग; ई - दूसरे स्तर का निर्माण करने वाले एल्यूमीनियम का अनुप्रयोग; एफ - धातुकरण के दूसरे स्तर की फोटोएनग्रेविंग;

लगभग 5X10-2 μm की मोटाई वाला Pt A1 के S1 में प्रसार के विरुद्ध बाधा के रूप में कार्य करता है। इसके अलावा, एमआईएस आईसी में बीम टर्मिनलों के लिए सीआर-एजी-एयू, सीआर-एजी-पीटी, पीडी-एजी-एयू सिस्टम का उपयोग किया जाता है, जिसमें एक सिल्वर फिल्म बाधा की भूमिका निभाती है। हाइब्रिड आईसी और स्ट्रिपलाइन माइक्रोवेव आईसी लाइनों के लिए, सीआर-सीयू और सीआर-सीयू-सीआर सिस्टम का उपयोग किया जाता है।

चिप पर तत्वों के घनत्व में वृद्धि के लिए बहु-स्तरीय धातुकरण के उपयोग की आवश्यकता होती है। चित्र में. चित्र 1 A1-A120z-A1 प्रणाली में दो-स्तरीय धातुकरण के निर्माण का क्रम दिखाता है, जिसका उपयोग चार्ज-युग्मित उपकरणों में किया जाता है।

बहु-स्तरीय धातुकरण के लिए एक अपेक्षाकृत नई इन्सुलेट सामग्री पॉलीमाइड है, जिसके साथ एमओएस ट्रांजिस्टर पर एलएसआई का पांच-स्तरीय धातुकरण प्राप्त किया जाता है।

3. पतली फिल्मों के गुणों को प्रभावित करने वाले कारक

एक सब्सट्रेट पर दूसरे पदार्थ से एक पदार्थ की वृद्धि एक बहुत ही जटिल प्रक्रिया है, जो बड़ी संख्या में कठिन-से-नियंत्रित मापदंडों पर निर्भर करती है: सब्सट्रेट की संरचना, इसकी सतह की स्थिति, तापमान, वाष्पित पदार्थ के गुण और इसके जमाव की दर, बाष्पीकरणकर्ता की सामग्री और डिजाइन, निर्वात की डिग्री, अवशिष्ट पर्यावरण की संरचना और कई अन्य। तालिका में चित्र 1 फिल्मों के गुणों और उनके जमाव की स्थितियों के बीच संबंध को दर्शाता है।

विशिष्ट जमाव स्थितियों के आधार पर, एक ही पदार्थ की फिल्मों में निम्नलिखित मुख्य संरचनात्मक विशेषताएं हो सकती हैं: एक अनाकार संरचना, जो क्रिस्टल जाली की अनुपस्थिति की विशेषता है; कोलाइडल (बारीक दाने वाली) संरचना, जो बहुत छोटे क्रिस्टल (10~2 माइक्रोमीटर से कम) की उपस्थिति की विशेषता है; बड़े क्रिस्टल (10-1 माइक्रोमीटर या अधिक) के साथ दानेदार (मोटे दाने वाली) संरचना; मोनोक्रिस्टलाइन संरचना, जब पूरी फिल्म किसी दिए गए पदार्थ के परमाणुओं की एक सतत क्रिस्टल जाली होती है।

4. सबस्ट्रेट्स

सब्सट्रेट्स के निर्माण के लिए उपयोग की जाने वाली सामग्री में एक सजातीय संरचना होनी चाहिए, एक चिकनी सतह (12-14 की फिनिशिंग ग्रेड के साथ), उच्च विद्युत और यांत्रिक शक्ति होनी चाहिए, रासायनिक रूप से निष्क्रिय होना चाहिए, उच्च गर्मी प्रतिरोध और थर्मल चालकता, थर्मल विस्तार गुणांक होना चाहिए सब्सट्रेट सामग्री और जमा फिल्म का मूल्य समान होना चाहिए। यह बिल्कुल स्पष्ट है कि सब्सट्रेट्स के लिए ऐसी सामग्री का चयन करना लगभग असंभव है जो सभी सूचीबद्ध आवश्यकताओं को समान रूप से पूरा करेगी।

हाइब्रिड आईसी के लिए सब्सट्रेट के रूप में मैं ग्लास-सिरेमिक, फोटोसिटॉल, हाई-एल्यूमिना और बेरिलियम सिरेमिक, ग्लास, पॉलीकोर, पॉलीमाइड, साथ ही ढांकता हुआ फिल्म के साथ लेपित धातुओं का उपयोग करता हूं।

सीताल ग्लास-सिरेमिक सामग्री हैं जो ग्लास के ताप उपचार (क्रिस्टलीकरण) द्वारा प्राप्त की जाती हैं। अधिकांश ग्लास सिरेमिक Li2O-Al2O3-SiO2-TiO2 और RO-Al2O3-SiO2-TiO2 (CO प्रकार CaO, MgO, BaO) सिस्टम में प्राप्त किए गए थे।

अधिकांश उच्च शक्ति, दुर्दम्य क्रिस्टलीय सामग्रियों के विपरीत, ग्लास-सिरेमिक में निर्माण के दौरान अच्छा लचीलापन होता है। इसे दबाया जा सकता है, खींचा जा सकता है, घुमाया जा सकता है और केन्द्रापसारक रूप से ढाला जा सकता है, और यह तापमान में अचानक परिवर्तन का सामना कर सकता है। इसमें ढांकता हुआ नुकसान कम है, इसकी विद्युत शक्ति सर्वोत्तम प्रकार के वैक्यूम सिरेमिक से कम नहीं है, और इसकी यांत्रिक शक्ति कांच की तुलना में 2-3 गुना अधिक मजबूत है। सीताल गैर-छिद्रपूर्ण, गैस-तंग है और उच्च तापमान पर नगण्य गैस का विकास होता है।

चूंकि कांच के सिरेमिक संरचना में बहुचरणीय होते हैं, जब वे उपयोग किए जाने वाले विभिन्न रासायनिक अभिकर्मकों के संपर्क में आते हैं, उदाहरण के लिए, दूषित पदार्थों से सब्सट्रेट की सतह को साफ करने के लिए, व्यक्तिगत चरणों की गहरी चयनात्मक नक़्क़ाशी संभव है, जिससे एक तेज और गहरी राहत का निर्माण होता है सब्सट्रेट की सतह पर. सब्सट्रेट सतह पर खुरदरापन की उपस्थिति मापदंडों की प्रतिलिपि प्रस्तुत करने योग्यता और पतली-फिल्म प्रतिरोधों और कैपेसिटर की विश्वसनीयता को कम कर देती है। इसलिए, ऊंचाई को कम करने और सूक्ष्म अनियमितताओं के किनारों को चिकना करने के लिए, कभी-कभी अच्छे ढांकता हुआ और चिपकने वाले गुणों के साथ-साथ एक समान संरचना वाली सामग्री की एक प्राइमर परत लगाई जाती है (उदाहरण के लिए, कई माइक्रोन मोटी सिलिकॉन मोनोऑक्साइड की एक परत) सब्सट्रेट को.

ग्लासों में से, अनाकार सिलिकेट ग्लास, क्षार-मुक्त ग्लास C48-3, बोरोसिलिकेट और क्वार्ट्ज ग्लास का उपयोग सब्सट्रेट के रूप में किया जाता है। सिलिकेट ग्लास ऑक्साइड के तरल पिघल से उन्हें सुपरकूलिंग करके प्राप्त किया जाता है, जिसके परिणामस्वरूप तरल की संरचना संरक्षित होती है, यानी, विशेषता अनाकार अवस्था। हालाँकि चश्मे में क्रिस्टलीय चरण वाले क्षेत्र होते हैं - क्रिस्टलीय, वे पूरी संरचना में बेतरतीब ढंग से वितरित होते हैं, मात्रा के एक छोटे से हिस्से पर कब्जा कर लेते हैं और कांच की अनाकार प्रकृति पर महत्वपूर्ण प्रभाव नहीं डालते हैं।

क्वार्ट्ज ग्लास एक-घटक सिलिकेट ग्लास है, जिसमें लगभग पूरी तरह से सिलिकॉन होता है और इसकी प्राकृतिक किस्मों को पिघलाकर प्राप्त किया जाता है। इसमें तापीय विस्तार का गुणांक बहुत कम है, जो इसके असाधारण उच्च ताप प्रतिरोध को निर्धारित करता है। अन्य ग्लासों की तुलना में, क्वार्ट्ज ग्लास अधिकांश रासायनिक अभिकर्मकों की क्रिया के लिए निष्क्रिय है। किसी भी सांद्रता के कार्बनिक और खनिज एसिड (हाइड्रोफ्लोरिक और फॉस्फोरिक एसिड के अपवाद के साथ), यहां तक ​​कि ऊंचे तापमान पर भी, क्वार्ट्ज ग्लास पर लगभग कोई प्रभाव नहीं पड़ता है।

सिरेमिक सबस्ट्रेट्स उनकी उच्च सरंध्रता के कारण सीमित उपयोग के हैं। इन सबस्ट्रेट्स के फायदे उच्च शक्ति और तापीय चालकता हैं। उदाहरण के लिए, BeO-आधारित सिरेमिक सब्सट्रेट में कांच की तुलना में 200-250 गुना अधिक तापीय चालकता होती है, इसलिए तीव्र तापीय परिस्थितियों में बेरिलियम सिरेमिक का उपयोग करने की सलाह दी जाती है। बेरिलियम सिरेमिक के अलावा, उच्च-एल्यूमिना (94% Al2Oz) सिरेमिक, घने एल्यूमीनियम ऑक्साइड, स्टीटाइट सिरेमिक और एल्यूमीनियम ऑक्साइड पर आधारित चमकता हुआ सिरेमिक का उपयोग किया जाता है। यह ध्यान दिया जाना चाहिए कि ग्लेज़ 100 माइक्रोन से कम मोटे होते हैं और इसलिए कम बिजली के स्तर पर फिल्म और सब्सट्रेट के बीच ध्यान देने योग्य बाधा प्रदान नहीं करते हैं। अनुपचारित चीनी मिट्टी की सूक्ष्मता कांच की तुलना में सैकड़ों गुना अधिक है, जो कई हजार एंगस्ट्रॉम तक पहुंचती है। इन्हें पॉलिश करके काफी हद तक कम किया जा सकता है, लेकिन यह सिरेमिक सतह को काफी हद तक दूषित कर देता है।

सब्सट्रेट पर संदूषकों की उपस्थिति का फिल्मों के आसंजन और विद्युत गुणों दोनों पर महत्वपूर्ण प्रभाव पड़ता है। इसलिए, जमाव से पहले, सब्सट्रेट्स को अच्छी तरह से साफ करना आवश्यक है, साथ ही उन्हें पंपों से काम कर रहे तरल वाष्प के प्रवास के परिणामस्वरूप उत्पन्न होने वाली तेल फिल्मों की उपस्थिति की संभावना से बचाना आवश्यक है। एक प्रभावी सफाई विधि ग्लो डिस्चार्ज प्लाज्मा में सब्सट्रेट सतह पर आयन बमबारी है। इस प्रयोजन के लिए, आमतौर पर वैक्यूम इंस्टॉलेशन के कार्य कक्ष में विशेष इलेक्ट्रोड प्रदान किए जाते हैं, जिसमें कम-शक्ति वाले उच्च-वोल्टेज स्रोत से कई किलोवोल्ट का वोल्टेज आपूर्ति की जाती है। इलेक्ट्रोड अक्सर एल्यूमीनियम से बने होते हैं क्योंकि इसमें धातुओं के बीच सबसे कम कैथोड स्पटरिंग दर होती है।

यह ध्यान में रखा जाना चाहिए कि मामूली संदूषण भी फिल्म के विकास की स्थिति को पूरी तरह से बदल सकता है। यदि संदूषक एक दूसरे से पृथक छोटे द्वीपों के रूप में सब्सट्रेट पर स्थित हैं, तो यह इस बात पर निर्भर करता है कि किसमें बंधनकारी ऊर्जा अधिक है: फिल्म सामग्री और संदूषक सामग्री के बीच या फिल्म सामग्री और सब्सट्रेट के बीच, एक फिल्म या तो बन सकती है इन द्वीपों पर या सब्सट्रेट के नंगे हिस्सों पर।

फिल्म का आसंजन काफी हद तक ऑक्साइड परत की उपस्थिति पर निर्भर करता है, जो फिल्म और सब्सट्रेट के बीच जमाव प्रक्रिया के दौरान उत्पन्न हो सकता है। ऐसी ऑक्साइड परत बनती है, उदाहरण के लिए, लोहे और नाइक्रोम के जमाव के दौरान, जो इन फिल्मों के अच्छे आसंजन की व्याख्या करती है। सोने से बनी फिल्में, जो ऑक्सीकरण के अधीन नहीं हैं, उनमें खराब आसंजन होता है, और इसलिए सोने और सब्सट्रेट के बीच उच्च आसंजन वाली सामग्री की एक मध्यवर्ती उपपरत बनाई जानी चाहिए। यह वांछनीय है कि परिणामी ऑक्साइड परत फिल्म और सब्सट्रेट के बीच केंद्रित हो। यदि ऑक्साइड पूरी फिल्म में बिखरा हुआ है या इसकी सतह पर स्थित है, तो फिल्म के गुण महत्वपूर्ण रूप से बदल सकते हैं। ऑक्साइड का निर्माण स्थापना की कार्यशील मात्रा में अवशिष्ट गैसों की संरचना और विशेष रूप से जल वाष्प की उपस्थिति से काफी प्रभावित होता है।

5.पतली फिल्म प्रतिरोधक

प्रतिरोधी फिल्मों के निर्माण में उपयोग की जाने वाली सामग्रियों को कम तापमान प्रतिरोध गुणांक (टीसीआर) के साथ समय-स्थिर प्रतिरोधों की एक विस्तृत श्रृंखला प्राप्त करने की क्षमता प्रदान करनी चाहिए, अच्छा आसंजन, उच्च संक्षारण प्रतिरोध और ऊंचे तापमान के लंबे समय तक संपर्क के प्रतिरोध होना चाहिए। जब सामग्री को सब्सट्रेट पर जमा किया जाता है, तो नमूने से नमूने तक पैटर्न की अच्छी पुनरावृत्ति के साथ जटिल विन्यास की पतली, स्पष्ट रेखाएं बननी चाहिए।

प्रतिरोधी फिल्मों में अक्सर बारीक कणों वाली बिखरी हुई संरचना होती है। फैलाव आर की उपस्थिति, फिल्मों की संरचना, पहले सन्निकटन में, उनके विद्युत प्रतिरोध को व्यक्तिगत कणिकाओं और उनके बीच बाधाओं के कुल प्रतिरोध के रूप में विचार करने की अनुमति देती है, जिसमें कुल प्रतिरोध की प्रकृति टीके के परिमाण और संकेत को निर्धारित करती है। ।एस। इसलिए, उदाहरण के लिए, यदि अनाज का प्रतिरोध स्वयं प्रमुख है, तो फिल्म की चालकता प्रकृति में धात्विक है और टीसीआर सकारात्मक होगी। दूसरी ओर, यदि प्रतिरोध अनाजों के बीच अंतराल के माध्यम से इलेक्ट्रॉनों के पारित होने के कारण है (जो आमतौर पर छोटी फिल्म मोटाई के साथ होता है), तो चालकता अर्धचालक प्रकृति की होगी और टीसीआर तदनुसार नकारात्मक होगी।

मोनोलिथिक आईसी निर्माण में मुख्य रूप से उच्च-प्रतिबाधा प्रतिरोधकों का उपयोग किया जाता है ताकि प्रतिरोधक यथासंभव छोटे हों, उन्हें अन्य आईसी तत्वों के समान रिज़ॉल्यूशन और सहनशीलता के साथ निर्मित किया जाना चाहिए। इसमें प्रतिरोधों के आवश्यक विन्यास को प्राप्त करने के लिए मुफ्त धातु मास्क के उपयोग को शामिल नहीं किया गया है और इसे केवल फोटोलिथोग्राफी का उपयोग करके ही पूरा करने की अनुमति दी गई है।

संयुक्त प्रौद्योगिकी का उपयोग करके माइक्रो-पावर मोनोलिथिक आईसी का निर्माण करते समय, क्रिस्टल के अपेक्षाकृत छोटे क्षेत्र पर कई मेगाओम तक के प्रतिरोध के साथ उच्च-प्रतिरोध प्रतिरोधों को रखना आवश्यक हो जाता है, जो केवल तभी प्राप्त किया जा सकता है जब प्रतिरोधी सामग्री में रु। (10--20) kOhm/ सी. रेसिस्टर्स के निर्माण की प्रक्रिया को प्लेनर या एपिटैक्सियल-प्लानर तकनीक का उपयोग करके संपूर्ण सिलिकॉन आईसी के निर्माण की मुख्य तकनीकी प्रक्रिया के साथ जोड़ा जाना चाहिए। उदाहरण के लिए, प्रतिरोधी फिल्में सिलिकॉन नाइट्राइड, फॉस्फोरस, बोरोसिलिकेट ग्लास और सिलिकॉन वेफर पर मोनोलिथिक आईसी के उत्पादन में उपयोग की जाने वाली अन्य सामग्रियों की उपस्थिति के प्रति संवेदनशील नहीं होनी चाहिए। उन्हें आईसी सीलिंग प्रक्रिया के दौरान होने वाले अपेक्षाकृत उच्च तापमान (500-550 डिग्री सेल्सियस) का सामना करना होगा, और कुछ मामलों में ऑक्सीकरण वातावरण के प्रभाव में उनके गुणों को नहीं बदलना चाहिए। मोनोलिथिक आईसी में प्रतिरोधक बनाने के लिए मुख्य रूप से नाइक्रोम और टेंटा का उपयोग किया जाता है।

हाइब्रिड आईसी के निर्माण में, पतली-फिल्म प्रतिरोधी सामग्रियों की एक विस्तृत श्रृंखला का उपयोग किया जाता है।

10 से 300 ओम तक कम प्रतिरोध वाली फिल्मों के रूप में। क्रोमियम, नाइक्रोम और टी-टाल की फिल्मों का उपयोग किया जाता है। प्रतिलिपि प्रस्तुत करने योग्य इलेक्ट्रोफिजिकल गुणों वाली क्रोमियम फिल्मों का उत्पादन वाष्पीकरण और जमाव के दौरान अवशिष्ट गैसों के साथ बातचीत करते समय यौगिकों (विशेष रूप से ऑक्साइड वाले) बनाने की क्षमता से कुछ हद तक जटिल है। क्रोमियम-निकल मिश्र धातु (20% सीआर और 80% नी) पर आधारित प्रतिरोधकों में काफी अधिक स्थिर विशेषताएं होती हैं, इसके विभिन्न संरचनात्मक संशोधनों की उपस्थिति के कारण, सतह प्रतिरोधों की एक बहुत विस्तृत श्रृंखला होती है (कई ओम / एस से)। कम घनत्व वाले टैंटलम के लिए कई MOhm/s तक a-टैंटलम) टैंटलम नाइट्राइड का उपयोग अत्यधिक स्थिर प्रतिरोधी सामग्री के रूप में भी किया जाता है।

धातु-सिरेमिक फिल्मों और कुछ धातुओं के सिलिकाइड्स की फिल्मों का उपयोग करके प्रतिरोधक रेटिंग का एक महत्वपूर्ण विस्तार प्राप्त किया जाता है। इन प्रणालियों में, क्रोमियम का उपयोग अक्सर धातु के रूप में किया जाता है, और संक्रमण धातुओं के ऑक्साइड, बोराइड्स, नाइट्राइड्स और सिलिसाइड्स का भी उपयोग किया जाता है। कुछ उपधातुओं के ऑक्साइडों का उपयोग ढांकता हुआ के रूप में किया जाता है। क्रोमियम डिसिलिसाइड से बनी फ़िल्में, साथ ही सिलिकॉन, क्रोमियम और निकल के मिश्र धातु से बनी फ़िल्में, 5 kOhm/s तक होती हैं; पर आधारित फिल्मों के लिए सिस्टम क्रोमियम --- सिलिकॉन मोनोऑक्साइड रु, क्रोमियम सामग्री के आधार पर, इकाइयों से लेकर सैकड़ों ओम/सेकंड तक भिन्न हो सकता है।

6. पतली फिल्म कैपेसिटर

पतली-फिल्म कैपेसिटर, तीन-परत संरचना की स्पष्ट सादगी के बावजूद, अन्य फिल्म निष्क्रिय तत्वों की तुलना में सबसे जटिल और श्रम-गहन हैं।

प्रतिरोधों, पैड और स्विचिंग के विपरीत, जिसके निर्माण में एक या दो परतें (उपपरत और परत) जमा करना पर्याप्त होता है, पतली फिल्म कैपेसिटर के निर्माण के लिए कम से कम तीन परतों के जमाव की आवश्यकता होती है: निचली प्लेट, ढांकता हुआ फिल्म और शीर्ष प्लेट (अधिक प्लेटों के उपयोग से कैपेसिटर की निर्माण प्रक्रिया जटिल हो जाती है और उनकी लागत बढ़ जाती है)।

ढांकता हुआ फिल्मों के निर्माण के लिए उपयोग की जाने वाली सामग्री में संधारित्र प्लेटों के लिए उपयोग की जाने वाली धातु के साथ अच्छा आसंजन होना चाहिए, घना होना चाहिए और तापमान चक्र के संपर्क में आने पर यांत्रिक विनाश के अधीन नहीं होना चाहिए, उच्च ब्रेकडाउन वोल्टेज और कम ढांकता हुआ नुकसान होना चाहिए, उच्च ढांकता हुआ होना चाहिए स्थिर, और वाष्पीकरण और जमाव की प्रक्रिया के दौरान विघटित नहीं होता है और इसमें न्यूनतम हीड्रोस्कोपिसिटी होती है।

फिल्म कैपेसिटर में डाइलेक्ट्रिक्स के रूप में उपयोग की जाने वाली सबसे आम सामग्री सिलिकॉन मोनोऑक्साइड (Si0) और जर्मेनियम मोनोऑक्साइड (GeO) हैं। हाल के वर्षों में, इस उद्देश्य के लिए एल्युमिनोसिलिकेट, बोरोसिलिकेट और एंटीमोनिडोगर्मेनियम ग्लास का उपयोग किया गया है।

सबसे आशाजनक डाइलेक्ट्रिक्स मिश्रित ग्लासी यौगिक हैं, क्योंकि उनमें ग्लास की संरचना का चयन करके और पतली-फिल्म धातु में ग्लासी सिस्टम की एकत्रीकरण स्थिति की विशेषताओं को लागू करके इलेक्ट्रोफिजिकल, भौतिक रासायनिक और थर्मोडायनामिक गुणों को एक विस्तृत श्रृंखला में बदलने की क्षमता होती है। -ढांकता हुआ-धातु संरचनाएं।

7. टैंटलम और उसके यौगिकों की फिल्में

हाल के वर्षों में, एकीकृत सर्किट के फिल्म तत्वों के निर्माण में टैंटलम और इसके यौगिकों की फिल्में तेजी से व्यापक हो गई हैं। प्रारंभिक सामग्री के रूप में टैंटलम की पसंद को काफी हद तक इस तथ्य से समझाया गया है कि, टैंटलम फिल्में प्राप्त करने की शर्तों के आधार पर, उनकी एक अलग संरचना हो सकती है और तदनुसार, उनकी प्रतिरोधकता और इसके तापमान गुणांक दोनों को व्यापक सीमाओं के भीतर बदल दिया जाता है।

क्रिस्टल संरचना और विद्युत गुणों के संदर्भ में, बी-टैंटलम फिल्में थोक नमूने के सबसे करीब हैं; उनके पास एक मोटे-क्रिस्टलीय शरीर-केंद्रित संरचना है और अपेक्षाकृत कम प्रतिरोधकता (20-40 μOhm-सेमी) है। के-टैंटलम के विपरीत, पी-टैंटलम, जिसमें एक टेट्रागोनल महीन-क्रिस्टलीय संरचना और 160-200 किमी ओम * सेमी की प्रतिरोधकता होती है, बड़े नमूनों में नहीं पाया जाता है। टैंटलम का यह मेटास्टेबल संशोधन केवल पतली फिल्मों की विशेषता है।

बी - और सी - टैंटलम की फिल्मों का उत्पादन आमतौर पर कैथोड स्पटरिंग द्वारा 4--5 केवी के वोल्टेज और 0.1--1 एमए/सेमी2 के वर्तमान घनत्व पर किया जाता है। यदि आप वोल्टेज कम करते हैं और आर्गन दबाव नहीं बढ़ाते हैं, तो डिस्चार्ज करंट कम हो जाएगा, जिससे जमाव दर में उल्लेखनीय कमी आएगी। यह कम घनत्व की फिल्में बनाता है, जिसमें (4--7)-10-3 µm के छिद्र आकार के साथ अत्यधिक छिद्रपूर्ण संरचना होती है, जिसमें (3--5) के क्रिस्टल आकार के साथ बड़ी संख्या में k- या पी-टैंटलम अनाज होते हैं। ) * 10-2 µm. फिल्मों की उच्च सरंध्रता और धातु-ढांकता हुआ मिश्रण प्रणाली की उपस्थिति प्रतिरोधकता में असामान्य वृद्धि (बी-टैंटलम की तुलना में लगभग 200 गुना) और इसके तापमान गुणांक में परिवर्तन का कारण बनती है। यदि नाइट्रोजन को अवशिष्ट गैसों की पृष्ठभूमि से काफी अधिक मात्रा में आर्गन में जोड़ा जाता है, तो टैंटलम नाइट्राइड फिल्में विभिन्न क्रिस्टल संरचनाओं और विद्युत गुणों के साथ दो स्थिर अवस्थाओं Ta2N और TaN के साथ प्राप्त की जा सकती हैं।

टैंटलम (बी- और बी-टैंटलम, कम-घनत्व टैंटलम) और इसके नाइट्राइड के कई संशोधनों की उपस्थिति माइक्रो-सर्किट के निष्क्रिय भाग को डिजाइन करते समय विभिन्न प्रकार के टोपोलॉजिकल समाधान चुनना संभव बनाती है।

शुद्ध बी-टैंटलम, फिल्म में उच्च यांत्रिक तनाव और सब्सट्रेट के साथ खराब आसंजन के कारण, माइक्रोसर्किट के आरसी तत्वों के निर्माण में व्यापक उपयोग नहीं पाया गया है, बी-टैंटलम का उपयोग कैपेसिटर की निचली प्लेटों के निर्माण के लिए किया जाता है और आंशिक रूप से किया जाता है प्रतिरोधों के उत्पादन के लिए. प्रतिरोधक बनाने के लिए टैंटलम नाइट्राइड और कम घनत्व वाले टैंटलम का उपयोग किया जाता है। कम घनत्व वाले टैंटलम का व्यावहारिक मूल्य अत्यधिक स्थिर पतली-फिल्म प्रतिरोधक (10 kOhm से कई मेगाओम तक) प्राप्त करने की क्षमता में निहित है जो आकार में छोटे होते हैं और एक सरल कॉन्फ़िगरेशन होते हैं। पतली-फिल्म कैपेसिटर को कम घनत्व वाले टैंटलम से बहुत आसानी से बनाया जा सकता है, क्योंकि इस मामले में शीर्ष इलेक्ट्रोड, साथ ही नीचे, टैंटलम को स्पटरिंग द्वारा प्राप्त किया जा सकता है, जबकि सामान्य घनत्व के टैंटलम का उपयोग करते समय, शीर्ष प्राप्त करने का प्रयास किया जाता है इस तरह से इलेक्ट्रोड के परिणामस्वरूप अक्सर ढांकता हुआ परत को नुकसान होता है। इसके अलावा, कम-घनत्व टैंटलम वितरित मापदंडों और एक समायोज्य अवरोधक मूल्य के साथ आरसी सर्किट का उत्पादन करना संभव बनाता है, जिसका उपयोग संधारित्र के ऊपरी इलेक्ट्रोड के रूप में किया जा सकता है।

इलेक्ट्रोलाइटिक या प्लाज़्मा एनोडाइजेशन द्वारा प्राप्त टैंटलम पेंटोक्साइड (Ta2O5) में कम ढांकता हुआ नुकसान होता है और इसका उपयोग संधारित्र के लिए ढांकता हुआ और अवरोधक के लिए एक इन्सुलेटर या सुरक्षात्मक परत के रूप में किया जा सकता है। इसके अलावा, एनोडाइजिंग का उपयोग कैपेसिटर और प्रतिरोधकों के मूल्यों को सटीक रूप से समायोजित करने के लिए किया जा सकता है। आयन नक़्क़ाशी का उपयोग, साथ ही टैंटलम नाइट्राइड, शुद्ध टैंटलम और विभिन्न वगैरह में इसके ऑक्साइड की घुलनशीलता, माइक्रो-सर्किट के आवश्यक विन्यास को प्राप्त करने के लिए विभिन्न तरीकों का उपयोग करना संभव बनाती है।

इस प्रकार, टैंटलम के आधार पर, केंद्रित और वितरित दोनों मापदंडों के साथ निष्क्रिय तत्वों (प्रतिरोधकों, कैपेसिटर, कनेक्टिंग कंडक्टर और संपर्क पैड) के समूह उत्पादन को सुनिश्चित करना संभव है, जो उनकी जटिलता में अन्य के आधार पर बने तत्वों से नीच नहीं हैं। सामग्री, लेकिन साथ ही इसमें काफी अधिक सटीकता, स्थिरता और विश्वसनीयता है। टैंटलम की बहुमुखी प्रतिभा और अन्य सामग्रियों के उपयोग की आवश्यकता की कमी से संकेत मिलता है कि अधिकांश निष्क्रिय आईसी तत्वों का निर्माण "टैंटलम प्रौद्योगिकी" के आधार पर किया जा सकता है।

निष्कर्ष

एकीकृत इलेक्ट्रॉनिक्स के विकास के वर्तमान चरण में ऑपरेटिंग आवृत्तियों को और बढ़ाने और स्विचिंग समय को कम करने, विश्वसनीयता बढ़ाने और सामग्री और आईसी विनिर्माण प्रक्रिया की लागत को कम करने की प्रवृत्ति की विशेषता है।

एकीकृत सर्किट की लागत को कम करने के लिए समान भौतिक और रासायनिक घटनाओं पर आधारित प्रक्रियाओं का उपयोग करके उनके निर्माण के लिए गुणात्मक रूप से नए सिद्धांतों के विकास की आवश्यकता होती है, जो एक ओर, उत्पादन चक्र के सजातीय तकनीकी संचालन के बाद के एकीकरण के लिए एक शर्त है और, दूसरी ओर, कंप्यूटर से सभी कार्यों को नियंत्रित करने की मौलिक क्षमता खुलती है। प्रौद्योगिकी में गुणात्मक परिवर्तन और उद्योग के तकनीकी पुन: उपकरणों की आवश्यकता भी माइक्रोइलेक्ट्रॉनिक्स के विकास के अगले चरण में संक्रमण से तय होती है - कार्यात्मक इलेक्ट्रॉनिक्स, जो ऑप्टिकल, चुंबकीय, सतह और प्लाज्मा घटना, चरण संक्रमण, इलेक्ट्रॉन पर आधारित है। -फोनन इंटरैक्शन, चार्ज संचय और स्थानांतरण के प्रभाव, आदि।

तकनीकी प्रक्रिया की "प्रगति" की कसौटी, उत्पाद के मापदंडों और विशेषताओं में सुधार के साथ, उच्च आर्थिक दक्षता है, जो कई निजी, परस्पर संबंधित मानदंडों द्वारा निर्धारित होती है जो पूरी तरह से स्वचालित के निर्माण सेट की संभावना सुनिश्चित करती है। , लंबी सेवा जीवन के साथ उच्च प्रदर्शन वाले उपकरण।

सबसे महत्वपूर्ण विशेष मानदंड हैं:

सार्वभौमिकता, यानी समान तकनीकी तरीकों का उपयोग करके उत्पादन चक्र के संपूर्ण (या संचालन की भारी संख्या) को पूरा करने की क्षमता;

निरंतरता, जो उत्पादन चक्र के कई तकनीकी संचालन के बाद के एकीकरण (संयोजन) के लिए एक शर्त है, जो महत्वपूर्ण संख्या में उत्पादों या अर्ध-तैयार उत्पादों के एक साथ समूह प्रसंस्करण का उपयोग करने की संभावना के साथ संयुक्त है;

तकनीकी प्रक्रिया के सभी मुख्य संचालन की उच्च गति या उनके तीव्र होने की संभावना, उदाहरण के लिए, विद्युत और चुंबकीय क्षेत्र, लेजर विकिरण, आदि के संपर्क के परिणामस्वरूप;

प्रत्येक ऑपरेशन में मापदंडों की प्रतिलिपि प्रस्तुत करने योग्यता और अर्ध-तैयार और उपयुक्त उत्पादों दोनों की उपज का उच्च प्रतिशत;

किसी उत्पाद या अर्ध-तैयार उत्पाद के डिज़ाइन की विनिर्माण क्षमता जो स्वचालित उत्पादन (स्वचालित लोडिंग, बेसिंग, इंस्टॉलेशन, असेंबली इत्यादि की संभावना) की आवश्यकताओं को पूरा करती है, जिसे फॉर्म की सादगी के साथ-साथ सीमित रूप में भी प्रतिबिंबित किया जाना चाहिए। समग्र और बुनियादी आयामों के लिए सहनशीलता;

औपचारिकीकरण, यानी प्रत्येक तकनीकी संचालन का गणितीय विवरण (एल्गोरिदम) तैयार करने की संभावना (तकनीकी प्रक्रिया मापदंडों पर उत्पाद मापदंडों की विश्लेषणात्मक निर्भरता के आधार पर) और कंप्यूटर का उपयोग करके संपूर्ण तकनीकी प्रक्रिया का बाद में नियंत्रण;

प्रक्रिया की अनुकूलनशीलता (जीवन शक्ति), यानी नई प्रतिस्पर्धी प्रक्रियाओं के निरंतर उद्भव और विकास की स्थितियों में लंबे समय तक मौजूद रहने की क्षमता और महत्वपूर्ण पूंजीगत लागत के बिना नए प्रकार के उत्पादों के निर्माण के लिए उपकरणों को जल्दी से पुनर्निर्माण करने की क्षमता।

अधिकांश सूचीबद्ध मानदंड उन प्रक्रियाओं से संतुष्ट हैं जो वैक्यूम और दुर्लभ गैसों में होने वाली इलेक्ट्रॉनिक और आयनिक घटनाओं का उपयोग करते हैं, जिनकी सहायता से उत्पादन करना संभव है:

विभिन्न मोटाई और संरचना, इंटरकनेक्शन, कैपेसिटिव संरचनाओं, इंटरलेयर इन्सुलेशन, इंटरलेयर वायरिंग की फिल्में प्राप्त करने के लिए धातुओं, मिश्र धातुओं, ढांकता हुआ और अर्धचालकों की आयन स्पटरिंग;

आईसी कॉन्फ़िगरेशन प्राप्त करते समय व्यक्तिगत स्थानीयकृत क्षेत्रों को हटाने के लिए धातुओं, मिश्र धातुओं, अर्धचालकों और डाइलेक्ट्रिक्स की आयन नक़्क़ाशी;

ऑक्साइड फिल्में प्राप्त करने के लिए प्लाज्मा एनोडाइजिंग;

कार्बनिक इन्सुलेट परतों को प्राप्त करने के लिए इलेक्ट्रॉनों से विकिरणित क्षेत्रों में कार्बनिक फिल्मों का पोलीमराइजेशन;

सबस्ट्रेट्स की सतह की सफाई और पॉलिश करना;

बढ़ते एकल क्रिस्टल;

सामग्रियों का वाष्पीकरण (दुर्दम्य सहित) और फिल्मों का पुन: क्रिस्टलीकरण;

फिल्मों की माइक्रो-मिलिंग;

आईसी लीड को जोड़ने के लिए माइक्रो-वेल्डिंग और माइक्रो-सोल्डरिंग, साथ ही सीलिंग हाउसिंग;

आईसी मापदंडों की निगरानी के लिए गैर-संपर्क तरीके।

भौतिक और रासायनिक घटनाओं की समानता, जिस पर सूचीबद्ध प्रक्रियाएं आधारित हैं, एकीकृत सर्किट और कार्यात्मक इलेक्ट्रॉनिक्स उपकरणों के उच्च-प्रदर्शन स्वचालित उत्पादन के लिए एक नया तकनीकी आधार बनाने के लिए उनके बाद के एकीकरण की मौलिक संभावना को दर्शाती है।

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