მიკროელექტრონიკის ფიზიკური საფუძვლები. მიკროელექტრონიკის ფიზიკური საფუძვლები, სალექციო ნოტები გენერატორების დიზაინი და პარამეტრები Gunn-ის დიოდებზე დაფუძნებული

სარაპულის პოლიტექნიკური ინსტიტუტი (ფილიალი)

სახელმწიფო საგანმანათლებლო დაწესებულება

უმაღლესი პროფესიული განათლება

"იჟევსკის სახელმწიფო ტექნიკური უნივერსიტეტი"

კვიპროსის დეპარტამენტი

კურსის მუშაობა

დისციპლინა: მიკროელექტრონიკის ფიზიკური საფუძვლები.

თემაზე: დისლოკაციები. ბურგერის ვექტორი. დისლოკაციის ეფექტი თვისებებზე

სამშენებლო მასალები.

შესრულებულია: შემოწმებულია:

სტუდენტი გრ. 471 მასწავლებელი

ვოლკოვი A.V. Ivannikov V.P.

სარაპული, 2010 წ

შესავალი ................................................... ................................... 1

დისლოკაციის სახეები ..................................................... .......... ... ..2

კონტურისა და ბურგერის ვექტორი................................2-3

დისლოკაციის მოძრაობა ..................................................... ... ...3-4

დისლოკაციის სიმკვრივე ..................................................... ...4

დისლოკაციაზე მოქმედი ძალა................................4-5

დისლოკაციის ენერგია ..................................................... ... ..5

დისლოკაციების რეპროდუქცია და დაგროვება................................5-6

ფრანკ დისლოკაციები და დაწყობის ხარვეზები................6

დისლოკაციები და კრისტალების ფიზიკური თვისებები.....7

სიძლიერის დამოკიდებულება დისლოკაციის არსებობაზე...7-8

კრისტალების ზრდა................................................ .............8

დისლოკაციები და ელექტრული გამტარობა...................................8-9

დასკვნა................................................ .....................10

მითითებების სია ................................................ 11

შესავალი

დისლოკაციის თეორია გაჩნდა 50-იან წლებში. გასულ საუკუნეში იმის გამო, რომ მასალების სიძლიერის თეორიული გამოთვლები მნიშვნელოვნად განსხვავდებოდა პრაქტიკულისგან.

ბროლის თეორიული ათვლის სიმტკიცე პირველად გამოითვალა ფრენკელმა, ათვლის ძაბვის შედეგად გადაადგილებული ატომების ორი რიგის მარტივ მოდელზე დაყრდნობით. პლანთაშორისი მანძილი (მწკრივებს შორის მანძილი) უდრის ა და ატომებს შორის მანძილი სრიალის მიმართულებით უდრის ბ . ათვლის სტრესის ქვეშ τ ატომების ეს რიგები გადაადგილებულია ერთმანეთთან შედარებით და მთავრდება წონასწორობის პოზიციებზე ისეთ წერტილებში, როგორიცაა ა , IN და თან , დ , სადაც ათვლის ძაბვა, რომელიც საჭიროა მოცემული ათვლის კონფიგურაციისთვის არის ნული. შუალედურ პოზიციებში ათვლის ძაბვას აქვს სასრული მნიშვნელობები, რომლებიც პერიოდულად იცვლება გისოსის მოცულობაში. ჩავთვალოთ ათვლის ძაბვა τ იქნება ოფსეტური ფუნქცია X პერიოდით ბ :

მცირე კომპენსაციისთვის:

ჰუკის კანონის გამოყენება:

, (1.3)

სადაც G არის ათვლის მოდული და – ათვლის დეფორმაცია, იპოვეთ პროპორციულობის კოეფიციენტი რომ :

ამ მნიშვნელობის ჩანაცვლება რომ (1.1)-ში ვიღებთ:

მაქსიმალური ღირებულება τ , რომელიც შეესაბამება ძაბვას, რომლის დროსაც გისოსი გადადის არასტაბილურ მდგომარეობაში:

მიღება შეიძლება a ≈ ბ , შემდეგ ათვლის ძაბვა

ამ გზით გამოთვლილი სხვადასხვა მასალის თეორიული ათვლის ძაბვები საგრძნობლად მაღალი აღმოჩნდა პრაქტიკულ მნიშვნელობებთან შედარებით. ასე რომ, სპილენძისთვის

თეორიული ღირებულება

თეორიულ და პრაქტიკულ შედეგებს შორის ძლიერი შეუსაბამობის გამო, ვარაუდობდნენ კრისტალში მიკროსკოპული ხაზოვანი დეფექტების და დისლოკაციების არსებობას.

დისლოკაციები არის გადაადგილების უწყვეტობა ბროლის ორ ნაწილს შორის, რომელთაგან ერთი განიცდის გადაადგილებას, ხოლო მეორე არა. ამრიგად, დეფორმაცია წარმოდგენილია დისლოკაციების თანმიმდევრული გავლის გზით სრიალის სიბრტყის გასწვრივ და არა ერთდროული ათვლის გზით მთელ კრისტალზე.

დისლოკაციების სახეები.

არსებობს დისლოკაციის ორი ძირითადი ტიპი: კიდე და ხრახნი.

1. კიდეების დისლოკაციები.

კიდეების დისლოკაციის მოდელი შეიძლება წარმოდგენილი იყოს ელასტიურად მყარი სხეულის ნაწილზე უფსკრულის ამოჭრით. Ა Ბ Გ Დ , მთავრდება ხაზის გასწვრივ AB ამ ნაწილის შიგნით (ნახ. 1). მასალა ერთ მხარეს გადადის, ქმნის ნაბიჯს CDEF . ხაზი ა ბ უფსკრულის დასასრულის შესაბამისი, არის საზღვარი დეფორმირებულ და არადეფორმირებულ მასალას შორის, განსაზღვრავს წერტილებს, რომლებშიც დისლოკაციის ხაზი გამოდის სხეულის ზედაპირიდან.

სურ.1 ნახ.2

სურათი 2 გვიჩვენებს კიდეების დისლოკაციის ვიზუალურ მოდელს მარტივ კუბურ გისოსში. კიდეების დისლოკაცია გამოწვეულია A დამატებითი ნახევრად სიბრტყის არსებობით, პერპენდიკულარული B სრიალის სიბრტყეზე (ნახ. 2).

დამატებითი ნახევრად სიბრტყე შეიძლება იყოს სრიალის სიბრტყის ზემოთ (როგორც ნახ. 2-ში), მაშინ დისლოკაციას პოზიტიური ეწოდება, თუ ნახევრად სიბრტყე ქვემოთაა, ის უარყოფითია.

2. ხრახნების დისლოკაციები:

ხრახნიანი დისლოკაციის მოდელი მსგავსია კიდის დისლოკაციის, მაგრამ ხრახნიანი დისლოკაციის მიმართულება AB ხაზის პარალელურია, იქმნება საფეხური ADEF (ნახ. 3).

ნახ. 3 ხრახნის დისლოკაციის მოდელი.

ბურგერების მონახაზი და ვექტორი:

კრისტალებში დისლოკაციების აღსაწერად შემოღებულია ბურგერის კონტურისა და ვექტორის კონცეფცია. სრულყოფილ გისოსში შედგენილი კონტური არის დახურული მართკუთხედი, რომელშიც დახატული ვექტორებიდან ბოლო მოდის ნახ.4-ის საწყის წერტილამდე. დისლოკაციის შემომავალ კონტურს აქვს უწყვეტობა, ხოლო ვექტორს, რომელიც უნდა იყოს დახატული იმისათვის, რომ კონტური დაიხუროს, ეწოდება ბურგერის ვექტორი, ხოლო შედგენილ კონტურს - ბურგერის კონტური. ბურგერის ვექტორი განსაზღვრავს რღვევის სიდიდეს და მიმართულებებს, ის ჩვეულებრივ უდრის ერთ ატომურ მანძილს და მუდმივია დისლოკაციის მთელ სიგრძეზე, მიუხედავად იმისა, იცვლება თუ არა მისი მიმართულება ან მდებარეობა. სრულყოფილ კრისტალში ბურგერის ვექტორი ნულის ტოლია. კიდეების დისლოკაციის მქონე კრისტალში ის პარალელურია სრიალის მიმართულების და შეესაბამება ნახ.5 სრიალის ვექტორს. ხრახნიანი დისლოკაციის მქონე კრისტალში ის პერპენდიკულარულია სრიალის სიბრტყეზე ნახ.

სურ.4 ნახ.5 სურ.6

კრისტალში ასევე შესაძლებელია დისლოკაციები, რომლებიც მთლიანად დევს კრისტალის შიგნით და არ ვრცელდება მის ზედაპირზე, როგორც ზემოთ განხილულში. დისლოკაციები კრისტალში შეიძლება შეწყდეს სხვა დისლოკაციების დროს, მარცვლის საზღვრებში და სხვა ინტერფეისებზე. ამიტომ ბროლის შიგნით შესაძლებელია დისლოკაციის მარყუჟები ან დისლოკაციების ურთიერთდაკავშირებული ქსელები. ასეთი დისლოკაცია შეიძლება გამოიყოს არადეფორმირებული რეგიონიდან დისლოკაციის ხაზით რგოლის ან მარყუჟის სახით, მისი მიღება შესაძლებელია კრისტალში სხეულის დაჭერით. სურათი 7 გვიჩვენებს პრიზმული დისლოკაციის ფორმირებას ABCD ფართობზე ჩაღრმავებით.

იმ წერტილში, როდესაც სამი დისლოკაცია უერთდება, მათი ნახ. 7 ბურგერის ვექტორები დაკავშირებულია მიმართებით:

დისლოკაციის მოძრაობა.

დისლოკაციების მნიშვნელოვანი თვისებაა მათი გადაადგილების უნარი მექანიკური სტრესის გავლენის ქვეშ. შერეული დისლოკაციის ელემენტარული სეგმენტი dl ბურგერის ვექტორთან b გადაადგილდეს dz მიმართულებით. ამ სამ ვექტორზე აგებული მოცულობა:

dV = (dz×dl) b, (1.8)

უდრის კრისტალში მოძრავი მასალის მოცულობას, როდესაც დისლოკაცია მოძრაობს. თუ V=0, დისლოკაციის მოძრაობას არ ახლავს მასის გადატანა ან ბროლის მოცულობის ცვლილება. ეს არის კონსერვატიული მოძრაობა, ან სრიალი. კიდეების და შერეული დისლოკაციებისთვის, რომლებისთვისაც ბურგერის ვექტორი b არ არის პარალელური დისლოკაციის ხაზის dl, სრიალი ხდება b და dl ვექტორებით განსაზღვრულ სიბრტყეში: გამოხატულება (1.8) უდრის ნულს, თუ dz დევს იმავე სიბრტყეში. ვექტორები b და dl. ცხადია, კიდის ან შერეული დისლოკაციის სრიალის სიბრტყე არის სიბრტყე, რომელშიც დევს დისლოკაცია და მისი ბურგერის ვექტორი. კიდეების დისლოკაცია უკიდურესად მობილურია საკუთარ სრიალ სიბრტყეში. კიდეების დისლოკაციის მოძრაობა შეიძლება წარმოდგენილი იყოს როგორც ატომების თანმიმდევრული თანდათანობითი მოძრაობა დისლოკაციის ხაზის მიმდებარე მთელ სიგრძეზე, რომელსაც თან ახლავს ამ ატომებს შორის ობლიგაციების გადანაწილება. ყოველი ასეთი მოვლენის შემდეგ დისლოკაცია მოძრაობს ერთი ინტერატომური მანძილით. ამ შემთხვევაში, დისლოკაციების მოძრაობის გამომწვევი დაძაბულობა მნიშვნელოვნად ნაკლებია მასალის ათვლის სტრესზე. ასეთი მოძრაობის შედეგად დისლოკაცია შეიძლება მიაღწიოს ბროლის ზედაპირს და გაქრეს. ამრიგად, სრიალის სიბრტყით გამოყოფილი ბროლის უბნები, დისლოკაციის გათავისუფლების შემდეგ, გადაინაცვლებს ერთი ინტერატომური მანძილით (ნახ. 8).

რუსეთის ფედერაციის განათლების სამინისტრო

ორიოლის სახელმწიფო ტექნიკური უნივერსიტეტი

ფიზიკის დეპარტამენტი

ᲐᲑᲡᲢᲠᲐᲥᲢᲣᲚᲘ

თემაზე: „განის ეფექტი და მისი გამოყენება გენერატორის რეჟიმში მომუშავე დიოდებში“.

დისციპლინა: "მიკროელექტრონიკის ფიზიკური საფუძვლები"

დაასრულა 3–4 ჯგუფის სენატორების სტუდენტმა დ.გ.

ხელმძღვანელი:

არწივი. 2000 წ

Gunn ეფექტი და მისი გამოყენება გენერატორის რეჟიმში მომუშავე დიოდებში.

მიკროტალღური რხევების გასაძლიერებლად და გენერირებისთვის შეიძლება გამოყენებულ იქნას ელექტრონის სიჩქარის ანომალიური დამოკიდებულება ელექტრული ველის სიძლიერეზე ზოგიერთ ნახევარგამტარულ ნაერთში, ძირითადად გალიუმის არსენიდში. ამ შემთხვევაში მთავარ როლს ასრულებენ პროცესები, რომლებიც ხდება ნახევარგამტარის დიდ ნაწილში და არა გვ - ნ-გარდამავალი. მიკროტალღური რხევების გენერაცია GaAs-ის ერთგვაროვან ნიმუშებში ნ-ტიპი მუდმივი ელექტრული ველის სიძლიერით ზღვრულ მნიშვნელობაზე მაღლა პირველად დააფიქსირა ჯ. გუნი 1963 წელს (აქედან გამომდინარე, ასეთ მოწყობილობებს Gunn-ის დიოდებს უწოდებენ). რუსულ ლიტერატურაში მათ ასევე უწოდებენ მოწყობილობები მოცულობითი არასტაბილურობითან თან შუალედური ელექტრონების გადაცემა,ვინაიდან დიოდების აქტიური თვისებები განისაზღვრება ელექტრონების "ცენტრალური" ენერგეტიკული ხეობიდან "მხარეზე" გადასვლით, სადაც ისინი ხასიათდებიან დიდი ეფექტური მასით და დაბალი მობილურობით. უცხოურ ლიტერატურაში გვარი შეესაბამება ტერმინს TED ( გადაცემული ელექტრონული მოწყობილობა).

სუსტ ველში ელექტრონების მობილურობა მაღალია და შეადგენს 6000–8500 სმ 2 /(Vs). როდესაც ველის სიძლიერე 3,5 კვ/სმ-ზე მეტია, ზოგიერთი ელექტრონის "გვერდით" ხეობაში გადასვლის გამო, ელექტრონების საშუალო დრიფტის სიჩქარე ველის ზრდასთან ერთად მცირდება. დიფერენციალური მობილობის მოდულის უმაღლესი მნიშვნელობა ჩამოვარდნილ მონაკვეთში დაახლოებით სამჯერ დაბალია მობილურობა სუსტ ველებში. ველის სიძლიერეზე 15-20 კვ/სმ-ზე მეტი, ელექტრონის საშუალო სიჩქარე თითქმის დამოუკიდებელია ველისგან და არის დაახლოებით 10 7 სმ/წმ, ამიტომ თანაფარდობა და სიჩქარის ველის მახასიათებელი შეიძლება მიახლოებით მიახლოებით იყოს ნაჩვენები ნახ. 1-ში. უარყოფითი დიფერენციალური გამტარობის (NDC) დამყარების დრო არის ელექტრონული გაზის გაცხელების დროის ჯამი "ცენტრალურ" ხეობაში (~ 10-12 წმ GaAs-ისთვის), რომელიც განისაზღვრება ენერგიის დასვენების დროის მუდმივით და შუალედური გადასვლის დროით. ~5–10–14 წმ).

მოსალოდნელია, რომ მახასიათებლის დაცემის მონაკვეთის არსებობა NDC რეგიონში ელექტრული ველის ერთგვაროვანი განაწილებით ერთგვაროვნად დოპირებული GaAs ნიმუშის გასწვრივ, გამოიწვევდა ვარდნის მონაკვეთის გამოჩენას დიოდის დენის ძაბვის მახასიათებელში. ვინაიდან დიოდის გავლით კონვექციის დენის მნიშვნელობა განისაზღვრება როგორც , სადაც ; -განაკვეთის ფართობი; - ნიმუშის სიგრძე კონტაქტებს შორის. ამ განყოფილებაში დიოდს ექნებოდა უარყოფითი აქტიური გამტარობა და შეიძლება გამოყენებულ იქნას გვირაბის დიოდის მსგავსი რხევების გენერირებისთვის და გასაძლიერებლად. თუმცა, პრაქტიკაში, ასეთი რეჟიმის განხორციელება ნახევარგამტარული მასალის ნიმუშში NDC-ით რთულია საველე და სივრცის მუხტის არასტაბილურობის გამო. როგორც ნაჩვენებია § 8.1-ში, სივრცის მუხტის რყევა ამ შემთხვევაში იწვევს სივრცის მუხტის ზრდას კანონის შესაბამისად.

,

სად არის დიელექტრიკული რელაქსაციის მუდმივი; - ელექტრონების კონცენტრაცია ორიგინალში ნ-გაას. ერთგვაროვან ნიმუშში, რომელზეც გამოიყენება მუდმივი ძაბვა ელექტრონის კონცენტრაციის ადგილობრივი მატება იწვევს უარყოფითად დამუხტული ფენის გამოჩენას (ნახ. 2), რომელიც მოძრაობს ნიმუშის გასწვრივ კათოდიდან ანოდამდე.

ნახ.1. ელექტრონების დრიფტის სიჩქარის მიახლოებითი დამოკიდებულება ელექტრული ველის სიძლიერეზე GaAs-ისთვის.

ნახ.2. ახსნას აკუმულაციური ფენის წარმოქმნის პროცესი ერთნაირად დოპირებული GaA-ებში.

კათოდში ვგულისხმობთ კონტაქტს ნიმუშთან, რომელზეც გამოიყენება უარყოფითი პოტენციალი. შიდა ელექტრული ველები, რომლებიც წარმოიქმნება ამ შემთხვევაში, ზედმეტად არის გადანაწილებული მუდმივ ველზე, ზრდის ველის სიძლიერეს ფენის მარჯვნივ და ამცირებს მას მარცხნივ (ნახ. 2, ა). ფენის მარჯვნივ ელექტრონების სიჩქარე მცირდება, მარცხნივ კი იზრდება. ეს იწვევს მოძრავი დაგროვების შრის შემდგომ ზრდას და ნიმუშში ველის შესაბამის გადანაწილებას (ნახ. 2, ბ). როგორც წესი, კოსმოსური მუხტის ფენა ბირთვდება კათოდზე, რადგან კათოდის ომური კონტაქტის მახლობლად არის რეგიონი გაზრდილი ელექტრონის კონცენტრაციით და დაბალი ელექტრული ველის სიძლიერით. რყევებს, რომლებიც წარმოიქმნება ანოდის კონტაქტთან ახლოს, ელექტრონების ანოდისკენ მოძრაობის გამო, არ აქვს დრო, რომ განვითარდეს.

თუმცა, ასეთი ელექტრული ველის განაწილება არასტაბილურია და, თუ ნიმუშში არის არაერთგვაროვნება კონცენტრაციის, მობილურობის ან ტემპერატურის ნახტომის სახით, მას შეუძლია გარდაიქმნას ე.წ. ძლიერი ველის დომენი.ელექტრული ველის სიძლიერე დაკავშირებულია ელექტრონის კონცენტრაციასთან პუასონის განტოლებით, რომელსაც ერთგანზომილებიანი შემთხვევისთვის აქვს ფორმა

(1)

ნიმუშის ნაწილში ელექტრული ველის ზრდას თან ახლავს სივრცის მუხტის გამოჩენა ამ უბნის საზღვრებში, კათოდის მხარეს უარყოფითი და ანოდის მხარეს დადებითი (ნახ. 3, ა). ამ შემთხვევაში, რეგიონის შიგნით ელექტრონების სიჩქარე მცირდება ნახ. 1-ის შესაბამისად. კათოდის მხრიდან ელექტრონები ამ ზონაში ელექტრონებს დაეწევიან, რის გამოც იზრდება უარყოფითი მუხტი და წარმოიქმნება ელექტრონებით მდიდარი ფენა. ანოდის მხრიდან ელექტრონები წინ მიიწევენ, რის გამოც იზრდება დადებითი მუხტი და წარმოიქმნება გამოფიტული ფენა, რომელშიც. ეს იწვევს ველის შემდგომ ზრდას რხევის რეგიონში, როდესაც მუხტი მოძრაობს ანოდისკენ და კოსმოსური მუხტის დიპოლური რეგიონის მასშტაბის ზრდას. თუ დიოდზე გამოყენებული ძაბვა შენარჩუნებულია მუდმივი, მაშინ დიპოლური დომენი იზრდება, მის გარეთ ველი შემცირდება (ნახ. 3, ბ). დომენში ველის ზრდა შეჩერდება, როდესაც მისი სიჩქარე დომენის გარეთ ელექტრონების სიჩქარის ტოლი გახდება. აშკარაა რომ . ელექტრული ველის სიძლიერე დომენის გარეთ (ნახ. 3, გ) იქნება ზღურბლის სიძლიერის ქვემოთ, რაც შეუძლებელს ხდის ელექტრონების შუალედურ გადასვლას დომენის გარეთ და სხვა დომენის წარმოქმნას, სანამ არ გაქრება ადრე ჩამოყალიბებული დომენის ანოდი. სტაბილური მაღალი ველის დომენის ფორმირების შემდეგ, დიოდში დენი რჩება მუდმივი მისი გადაადგილებისას კათოდიდან ანოდამდე.

ნახ.3. დიპოლური დომენის ფორმირების პროცესის ახსნა.

მას შემდეგ, რაც დომენი გაქრება ანოდზე, ნიმუშში ველის სიძლიერე იზრდება და როდესაც ის მიაღწევს მნიშვნელობას, იწყება ახალი დომენის ფორმირება. ამ შემთხვევაში დენი აღწევს მაქსიმალურ მნიშვნელობას (ნახ. 4, გ)

(2)

Gunn დიოდის მუშაობის ამ რეჟიმს ე.წ ფრენის რეჟიმი.ტრანზიტის რეჟიმში, დიოდში დენი შედგება იმპულსებისგან, რომლებიც მოჰყვება პერიოდს . დიოდი წარმოქმნის მიკროტალღურ რხევებს ფრენის სიხშირით , განისაზღვრება ძირითადად ნიმუშის სიგრძით და სუსტად არის დამოკიდებული დატვირთვაზე (ზუსტად ამ რხევებს აკვირდებოდა განი GaAs და InP-ის ნიმუშების შესწავლისას).

ელექტრონული პროცესები Gunn-ის დიოდში უნდა განიხილებოდეს პუასონის განტოლებების, უწყვეტობისა და მთლიანი დენის სიმკვრივის გათვალისწინებით, რომლებსაც ერთგანზომილებიანი შემთხვევისთვის აქვს შემდეგი ფორმა:

; (3)

. (4)

ნახ.4. Gunn-ის დიოდის გენერატორის ეკვივალენტური წრე (a) და ძაბვის (b) და დენის დროზე დამოკიდებულებები Gunn-ის დიოდში ტრანზიტის რეჟიმში (c) და რეჟიმებში დაგვიანებით (d) და დომენის დემპინგი (e).

მყისიერი ძაბვა დიოდზე. მთლიანი დენი არ არის დამოკიდებული კოორდინატზე და არის დროის ფუნქცია. დიფუზიის კოეფიციენტი ხშირად განიხილება ელექტრული ველისგან დამოუკიდებლად.

დიოდის პარამეტრებიდან (მასალის დოპინგის ხარისხი და პროფილი, ნიმუშის სიგრძე და განივი ფართობი და მისი ტემპერატურა), აგრეთვე მიწოდების ძაბვისა და დატვირთვის თვისებებიდან გამომდინარე, Gunn-ის დიოდი, როგორც მიკროტალღური გენერატორი და გამაძლიერებელი, შეუძლია მუშაობა სხვადასხვა რეჟიმში: დომენი, სივრცის მუხტის დაგროვების შემზღუდველი (ONZ, უცხოურ ლიტერატურაში LSA – Limited Space Charge Accumulation), ჰიბრიდული, კოსმოსური მუხტის მოძრავი ტალღები, უარყოფითი გამტარობა.

დომენის მუშაობის რეჟიმები.

Gunn-ის დიოდის მოქმედების დომენური რეჟიმები ხასიათდება რხევის პერიოდის მნიშვნელოვანი ნაწილის ნიმუშში ფორმირებული დიპოლური დომენის არსებობით. სტაციონარული დიპოლური დომენის მახასიათებლები დეტალურად არის განხილული [?]-ში, სადაც ნაჩვენებია, რომ (1), (3) და (4)-დან გამომდინარეობს, რომ დომენის სიჩქარე და მასში ველის მაქსიმალური სიძლიერე დაკავშირებულია. თანაბარი ფართობის წესი

. (5)

(5) შესაბამისად, ნახაზი 5, a-ში დაჩრდილული და ხაზებით შემოსაზღვრული უბნები იგივეა. როგორც ნახატიდან ჩანს, დომენში ველის მაქსიმალური სიძლიერე მნიშვნელოვნად აღემატება დომენის გარეთ არსებულ ველს და შეიძლება მიაღწიოს ათეულ კვ/სმ-ს.

ნახ.5. დიპოლური დომენის პარამეტრების დასადგენად.

სურათი 5, b გვიჩვენებს დომენის ძაბვის დამოკიდებულებას მის გარეთ ელექტრული ველის სიძლიერეზე, სად არის დომენის სიგრძე (ნახ. 3, გ). იქ აშენდა დიოდის „ინსტრუმენტული ხაზი“, რომლის სიგრძეა მოცემული ძაბვა, იმის გათვალისწინებით, რომ დიოდის მთლიანი ძაბვა არის . გადაკვეთის წერტილი აგანსაზღვრავს დომენის ძაბვას და ველის სიძლიერეს მის გარეთ. უნდა გვახსოვდეს, რომ დომენი ხდება მუდმივი ძაბვის დროს თუმცა, ის ასევე შეიძლება არსებობდეს, როდესაც დომენის ანოდისკენ გადაადგილებისას დიოდზე ძაბვა მცირდება მნიშვნელობამდე (წინახაზი ნახ. 5, ბ). თუ დიოდზე ძაბვა კიდევ უფრო შემცირდება ისე, რომ ის გახდება დომენის გაქრობის ძაბვაზე ნაკლები, შედეგად დომენი გადაიჭრება. ამორტიზაციის ძაბვა შეესაბამება იმ მომენტს, როდესაც "ინსტრუმენტის სწორი ხაზი" ეხება ხაზს 5, ბ.

ამრიგად, დომენის გაქრობის ძაბვა უფრო ნაკლები აღმოჩნდება დომენის ფორმირების ზღვრულ ძაბვაზე. როგორც ნახაზი 5-დან ჩანს, დომენზე ჭარბი ძაბვის მკვეთრი დამოკიდებულების გამო, დომენის გარეთ ველის სიძლიერეზე, დომენის გარეთ ველი და დომენის სიჩქარე ოდნავ იცვლება, როდესაც იცვლება ძაბვა დიოდზე. ჭარბი ძაბვა შეიწოვება ძირითადად დომენში. უკვე ზე დომენის სიჩქარე მხოლოდ ოდნავ განსხვავდება გაჯერების სიჩქარისგან და შეიძლება ჩაითვალოს დაახლოებით, და, შესაბამისად, ფრენის სიხშირე, როგორც დიოდის მახასიათებელი, ჩვეულებრივ განისაზღვრება გამონათქვამით:

(6)

დომენის სიგრძე დამოკიდებულია დონორის მინარევის კონცენტრაციაზე, ასევე დიოდზე არსებულ ძაბვაზე და არის 5-10 მკმ. მინარევების კონცენტრაციის დაქვეითება იწვევს დომენის გაფართოებას დაშლის ფენის გაზრდის გამო. დომენის ფორმირება ხდება სასრულ დროში და დაკავშირებულია უარყოფითი დიფერენციალური გამტარობის დამყარებასთან და სივრცის მუხტის ზრდასთან. სივრცის მუხტის აწევის დროის მუდმივი მცირე აშლილობის რეჟიმში უდრის დიელექტრიკული რელაქსაციის მუდმივას და განისაზღვრება უარყოფითი დიფერენციალური მობილურობითა და ელექტრონების კონცენტრაციით. მაქსიმალური მნიშვნელობით, ხოლო ODP-ის ჩამოყალიბების დრო ნაკლებია. ამრიგად, დომენის ფორმირების დრო დიდწილად განისაზღვრება სივრცის მუხტის გადანაწილების პროცესით. ეს დამოკიდებულია ველის საწყისი არაერთგვაროვნებაზე, დოპინგზე და გამოყენებულ ძაბვაზე.

სურ6. Gunn დიოდი.

სავარაუდოა, რომ დომენს ექნება დრო, რომ სრულად ჩამოყალიბდეს შემდეგ დროში:

სადაც გამოიხატება. დომენის რეჟიმებზე საუბარი აზრი აქვს მხოლოდ იმ შემთხვევაში, თუ დომენს აქვს დრო, რომ ჩამოყალიბდეს ნიმუშში ელექტრონების ფრენისას. აქედან გამომდინარე, დიპოლური დომენის არსებობის პირობა არის ან .

ელექტრონის კონცენტრაციისა და ნიმუშის სიგრძის ნამრავლი ეწოდება კრიტიკულიდა აღნიშნეთ . ეს მნიშვნელობა არის საზღვარი Gunn-ის დიოდის დომენურ რეჟიმებსა და რეჟიმებს შორის სტაბილური ელექტრული ველის განაწილებით ერთნაირად დოპირებული ნიმუშში. როდესაც ძლიერი ველის დომენი არ არის ჩამოყალიბებული, ნიმუში ეწოდება სტაბილური.შესაძლებელია დომენის სხვადასხვა რეჟიმი. ტიპის კრიტერიუმი მოქმედებს, მკაცრად რომ ვთქვათ, მხოლოდ სტრუქტურებისთვის, რომლებშიც კათოდსა და ანოდს შორის აქტიური ფენის სიგრძე გაცილებით ნაკლებია განივი ზომებზე: (ნახ. 6, ა), რაც შეესაბამება ერთგანზომილებიან პრობლემას. და დამახასიათებელია პლანური და მესასტრუქტურისთვის. თხელი ფირის სტრუქტურებს (ნახ. 6, ბ) აქვთ GaAs-ის ეპიტაქსიალური აქტიური ფენა 1 სიგრძე შეიძლება განთავსდეს მაღალი წინააღმდეგობის სუბსტრატს შორის 3 და საიზოლაციო დიელექტრიკული ფილმი 2 დამზადებულია, მაგალითად, SiO 2-დან. ომური ანოდისა და კათოდური კონტაქტები დამზადებულია ფოტოლითოგრაფიის მეთოდების გამოყენებით. დიოდის განივი ზომა შეიძლება შედარდეს მის სიგრძესთან. ამ შემთხვევაში დომენის ფორმირებისას წარმოქმნილი სივრცის მუხტები ქმნიან შიდა ელექტრულ ველებს, რომლებსაც აქვთ არა მხოლოდ გრძივი კომპონენტი, არამედ განივი კომპონენტიც (ნახ. 6, გ). ეს იწვევს ველის შემცირებას ერთგანზომილებიან პრობლემასთან შედარებით. როდესაც აქტიური ფირის სისქე მცირეა, როდესაც , დომენის არასტაბილურობის არარსებობის კრიტერიუმი იცვლება პირობით. ასეთი სტრუქტურებისთვის, ელექტრული ველის სტაბილური განაწილებით, ეს შეიძლება იყოს უფრო დიდი.

დომენის ფორმირების დრო არ უნდა აღემატებოდეს მიკროტალღური რხევების ნახევარ ციკლს. მაშასადამე, არსებობს მოძრავი დომენის არსებობის მეორე პირობა, საიდანაც (1) გათვალისწინებით ვიღებთ .

ფრენის დროის თანაფარდობისა და მიკროტალღური რხევების პერიოდის, აგრეთვე მუდმივი ძაბვის მნიშვნელობებისა და მაღალი სიხშირის ძაბვის ამპლიტუდის მიხედვით, შეიძლება განხორციელდეს შემდეგი დომენური რეჟიმები: ფრენა- ფრენა, რეჟიმი დომენის დაყოვნებით, რეჟიმი დომენის ჩახშობით (ჩაქრობით). განვიხილოთ ამ რეჟიმებში მიმდინარე პროცესები Gunn-ის დიოდის შემთხვევაში, რომელიც მუშაობს დატვირთვაზე პარალელური რხევადი წრედის სახით აქტიური წინააღმდეგობით რეზონანსულ სიხშირეზე და დიოდი იკვებება ძაბვის გენერატორით დაბალი შიდა წინააღმდეგობით (იხ. სურ. 4a). ამ შემთხვევაში დიოდზე ძაბვა იცვლება სინუსოიდური კანონის მიხედვით. თაობა შესაძლებელია .

დაბალი დატვირთვის წინააღმდეგობის დროს, როდის, სად – Gunn-ის დიოდის წინაღობა სუსტ ველებში, მაღალი სიხშირის ძაბვის ამპლიტუდა მცირეა და მყისიერი ძაბვა დიოდზე აჭარბებს ზღურბლს (იხ. სურ. 4b, მრუდი 1). აქ ხდება ადრე განხილული სატრანზიტო რეჟიმი, როდესაც დომენის ფორმირების შემდეგ დიოდის დენი რჩება მუდმივი და თანაბარი (იხ. სურ. 9.39, გ). როდესაც დომენი ქრება, დენი იზრდება მდე. GaAs-ისთვის. რხევების სიხშირე ფრენის რეჟიმში უდრის. ვინაიდან თანაფარდობა მცირეა, ეფექტურობა ტრანზიტის რეჟიმში მომუშავე Gunn-ის დიოდების გენერატორების რაოდენობა მცირეა და ამ რეჟიმს, როგორც წესი, არ აქვს პრაქტიკული გამოყენება.

როდესაც დიოდი მუშაობს მაღალი წინააღმდეგობის მქონე წრედზე, როდესაც , ალტერნატიული ძაბვის ამპლიტუდა შეიძლება იყოს საკმაოდ დიდი, ისე, რომ პერიოდის გარკვეულ მონაკვეთში დიოდზე მყისიერი ძაბვა ხდება ზღურბლზე ნაკლები (შეესაბამება მრუდი 2 ნახ. 4b). ამ შემთხვევაში ისინი საუბრობენ რეჟიმი დომენის ფორმირების დაგვიანებით.დომენი იქმნება, როდესაც დიოდზე ძაბვა აჭარბებს ზღურბლს, ანუ დროის მომენტში (იხ. ნახ. 4, დ). დომენის ფორმირების შემდეგ, დიოდური დენი მცირდება და რჩება დომენის ფრენის დროს. როდესაც დომენი ქრება ანოდზე დროის მომენტში, დიოდზე ძაბვა ნაკლებია ზღურბლზე და დიოდი წარმოადგენს აქტიურ წინააღმდეგობას. დენის ცვლილება პროპორციულია დიოდზე ძაბვისა იმ მომენტამდე, როცა დენი მიაღწევს მაქსიმალურ მნიშვნელობას და დიოდზე ძაბვა ზღურბლის ტოლია. იწყება ახალი დომენის ფორმირება და მთელი პროცესი მეორდება. მიმდინარე პულსის ხანგრძლივობა უდრის ახალი დომენის ფორმირების შეფერხების დროს. დომენის ფორმირების დრო მცირედ ითვლება და . ცხადია, ასეთი რეჟიმი შესაძლებელია, თუ ფრენის დრო ლიმიტებშია და წარმოქმნილი რხევების სიხშირე არის .

მრუდის შესაბამისი მაღალი სიხშირის ძაბვის კიდევ უფრო დიდი ამპლიტუდით 3 ნახ. 4b-ში, დიოდის მინიმალური ძაბვა შეიძლება იყოს დიოდის ჩაქრობის ძაბვაზე ნაკლები. რეჟიმი დომენის ჩახშობით(იხ. სურ. 4, დ). დომენი იქმნება დროის გარკვეულ მომენტში და იშლება დროის იმ მომენტში, როდესაც ახალი დომენი ფორმირებას იწყებს მას შემდეგ, რაც ძაბვა გადააჭარბებს ზღვრულ მნიშვნელობას. ვინაიდან დომენის გაქრობა არ არის დაკავშირებული მის ანოდამდე მისვლასთან, დომენის ჩაქრობის რეჟიმში ელექტრონების ფრენის დრო კათოდსა და ანოდს შორის შეიძლება გადააჭარბოს რხევის პერიოდს: . ამრიგად, დემპინგის რეჟიმში. გენერირებული სიხშირეების ზედა ზღვარი შემოიფარგლება პირობით და შეიძლება იყოს .

ელექტრონული ეფექტურობა დომენის რეჟიმებში მოქმედი Gunn-ის დიოდებზე დაფუძნებული გენერატორები შეიძლება განისაზღვროს დენის ფუნქციის გაფართოებით ფურიეს სერიაში (იხ. ნახ. 4), რათა იპოვონ პირველი ჰარმონიული და პირდაპირი დენის კომპონენტის ამპლიტუდა. ეფექტურობის ღირებულება დამოკიდებულია ურთიერთობებზე , , , და ოპტიმალურ მნიშვნელობაზე არ აღემატება 6%-ს GaAs დიოდებისთვის დომენის დაყოვნების რეჟიმში. ელექტრონული ეფექტურობა დომენის ჩაქრობის რეჟიმში ნაკლებია, ვიდრე დომენის დაყოვნების რეჟიმში.

ONOZ რეჟიმი.

ცოტა მოგვიანებით, დომენის რეჟიმები შემოგვთავაზეს და განხორციელდა Gunn დიოდებისთვის სივრცის მუხტის დაგროვების შეზღუდვის რეჟიმი.ის არსებობს დიოდზე მუდმივი ძაბვის დროს, რამდენჯერმე აღემატება ზღვრულ მნიშვნელობას და დიდი ძაბვის ამპლიტუდა სიხშირეებზე რამდენჯერმე აღემატება ფრენის სიხშირეს. ONOS რეჟიმის განსახორციელებლად საჭიროა დიოდები ძალიან ერთიანი დოპინგ პროფილით. ელექტრული ველის და ელექტრონის კონცენტრაციის ერთგვაროვანი განაწილება ნიმუშის სიგრძეზე უზრუნველყოფილია დიოდზე ძაბვის ცვლილების მაღალი სიჩქარით. თუ დროის პერიოდი, რომლის დროსაც ელექტრული ველის ინტენსივობა გადის NDC მახასიათებლის რეგიონში, გაცილებით ნაკლებია, ვიდრე დომენის ფორმირების დრო, მაშინ არ არის შესამჩნევი გადანაწილება ველისა და სივრცის მუხტის დიოდის სიგრძის გასწვრივ. ელექტრონების სიჩქარე მთელ ნიმუშში „მოჰყვება“ ელექტრული ველის ცვლილებას, ხოლო დიოდის დენი განისაზღვრება ველზე სიჩქარის დამოკიდებულებით (ნახ. 7).

ამრიგად, ONOS რეჟიმში, დიოდის უარყოფითი გამტარობა გამოიყენება ენერგიის წყაროს ენერგიის მიკროტალღური რხევების ენერგიად გადასაყვანად. ამ რეჟიმში, რხევის პერიოდის გარკვეული პერიოდის განმავლობაში, დიოდზე ძაბვა რჩება ზღურბლზე ნაკლები და ნიმუში იმყოფება ელექტრონის დადებითი მობილურობით, ანუ სივრცის მუხტით, რომელიც ჩამოყალიბდა იმ დროს, როდესაც ელ. ველი დიოდში იყო ზღურბლზე ზემოთ, იშლება.

ჩვენ დაახლოებით დავწერთ ფორმაში დროთა განმავლობაში მუხტის სუსტი ზრდის პირობას , სად ; არის ნეგატიური დიფერენციალური ელექტრონების მობილობის საშუალო მნიშვნელობა რეგიონში. დროში კოსმოსური მუხტის რეზორბცია ეფექტური იქნება თუ და სად ; და – დიელექტრიკული რელაქსაციის დროის მუდმივი და ელექტრონების მობილურობა სუსტ ველში.

დათვლა , , ჩვენ გვაქვს . ეს უთანასწორობა განსაზღვრავს მნიშვნელობების დიაპაზონს, რომლის ფარგლებშიც ხორციელდება ONZ რეჟიმი.

Gunn დიოდის გენერატორის ელექტრონული ეფექტურობა ONOS რეჟიმში შეიძლება გამოითვალოს მიმდინარე ფორმიდან (ნახ. 7). ზე მაქსიმალური ეფექტურობა არის 17%.

ნახ.7. დენის დროზე დამოკიდებულება Gunn-ის დიოდზე ONOS რეჟიმში.

დომენის რეჟიმებში წარმოქმნილი რხევების სიხშირე დაახლოებით ტოლია ფრენის სიხშირის. აქედან გამომდინარე, დომენის რეჟიმებში მოქმედი Gunn დიოდების სიგრძე დაკავშირებულია ოპერაციული სიხშირის დიაპაზონთან გამოსახულებით

სადაც გამოხატულია გჰც-ში და – მიკრონი. ONOS რეჟიმში, დიოდის სიგრძე არ არის დამოკიდებული სამუშაო სიხშირეზე და შეიძლება ბევრჯერ აღემატებოდეს იმავე სიხშირეზე მომუშავე დიოდების სიგრძეს დომენის რეჟიმებში. ეს საშუალებას გაძლევთ მნიშვნელოვნად გაზარდოთ გენერატორების სიმძლავრე ONO რეჟიმში დომენის რეჟიმში მომუშავე გენერატორებთან შედარებით.

განხილული პროცესები Gunn-ის დიოდში დომენის რეჟიმებში არსებითად იდეალიზებულია, რადგან ისინი რეალიზებულია შედარებით დაბალ სიხშირეებზე (1-3 გჰც), სადაც რხევის პერიოდი მნიშვნელოვნად ნაკლებია დომენის ფორმირების დროზე, ხოლო დიოდის სიგრძე გაცილებით მეტია, ვიდრე დომენის სიგრძე ჩვეულებრივი დოპინგის დონეზე . ყველაზე ხშირად, უწყვეტი ტალღის Gunn დიოდები გამოიყენება მაღალ სიხშირეებზე ეგრეთ წოდებულ ჰიბრიდულ რეჟიმებში. ჰიბრიდული რეჟიმები Gunn დიოდების მოქმედება შუალედურია ONOS და დომენის რეჟიმებს შორის. ჰიბრიდული რეჟიმებისთვის დამახასიათებელია, რომ დომენის ფორმირება რხევის პერიოდის უმეტეს ნაწილს იკავებს. არასრულად ჩამოყალიბებული დომენი წყდება, როდესაც დიოდზე მყისიერი ძაბვა მცირდება ზღურბლზე ქვემოთ მნიშვნელობებამდე. ელექტრული ველის სიძლიერე კოსმოსური მუხტის მზარდი რეგიონის გარეთ რჩება ზოგადად ზღურბლზე მეტი. ჰიბრიდულ რეჟიმში დიოდში მიმდინარე პროცესები გაანალიზებულია კომპიუტერის გამოყენებით (1), (3) და (4) განტოლებების გამოყენებით. ჰიბრიდული რეჟიმები იკავებს მნიშვნელობების ფართო სპექტრს და არ არის ისეთი მგრძნობიარე მიკროსქემის პარამეტრების მიმართ, როგორც ONOZ რეჟიმი.

ONOS რეჟიმი და Gunn დიოდის ჰიბრიდული ოპერაციული რეჟიმები კლასიფიცირდება როგორც "მყარი" თვითაგზნების რეჟიმები, რომლებიც ხასიათდება უარყოფითი ელექტრონული გამტარობის დამოკიდებულებით მაღალი სიხშირის ძაბვის ამპლიტუდაზე. გენერატორის ჰიბრიდულ რეჟიმში (ისევე როგორც ONOZ რეჟიმში) დაყენება რთული ამოცანაა და ჩვეულებრივ ხორციელდება დიოდის თანმიმდევრული გადასვლით სატრანზიტო რეჟიმიდან ჰიბრიდულ რეჟიმში.

სურ.8. GaAs Gunn დიოდური გენერატორების ელექტრონული ეფექტურობა სხვადასხვა ოპერაციული რეჟიმისთვის:

1–დომენის ფორმირების დაგვიანებით

2 – დომენის ჩახშობით

ნახ.9. Gunn-ის დიოდის ძაბვის (a) და დენის (b) დროზე დამოკიდებულება მაღალეფექტურ რეჟიმში.

3-ჰიბრიდი

გენერატორების დიზაინი და პარამეტრები Gunn დიოდებზე დაფუძნებული.

სურათი 8 გვიჩვენებს მაქსიმალური ელექტრონული ეფექტურობის მნიშვნელობებს. GaAs Gunn დიოდი სხვადასხვა ოპერაციულ რეჟიმში. ჩანს, რომ მნიშვნელობები არ აღემატება 20% -ს. ეფექტურობის გაზრდა Gunn-ის დიოდებზე დაფუძნებული გენერატორები შესაძლებელია უფრო რთული რხევითი სისტემების გამოყენებით, რაც შესაძლებელს გახდის დიოდზე დენისა და ძაბვის დროის დამოკიდებულების უზრუნველყოფას, ნაჩვენებია ნახ. 9-ში. ფუნქციების გაფართოება და ფურიეს სერიაში ზე და იძლევა ელექტრონულ ეფექტურობის მნიშვნელობებს GaAs Gunn დიოდებისთვის 25%. ოპტიმალურ მრუდთან საკმაოდ კარგი მიახლოება მიიღება მეორე ძაბვის ჰარმონიკის გამოყენებით. ეფექტურობის გაზრდის კიდევ ერთი გზა შედგება მაღალი თანაფარდობის მქონე მასალების გამოყენებით Gunn-ის დიოდებში. ამრიგად, ინდიუმის ფოსფიდისთვის ის აღწევს 3,5-ს, რაც დიოდების თეორიულ ელექტრონულ ეფექტურობას 40%-მდე ზრდის.

უნდა გვახსოვდეს, რომ ელექტრონული ეფექტურობა Gunn-ის დიოდებზე დაფუძნებული გენერატორები მცირდება მაღალ სიხშირეებზე, როდესაც რხევის პერიოდი ხდება NDC-ის დამყარების დროის შესაბამისი (ეს ვლინდება უკვე ~30 გჰც სიხშირეზე). პროცესების ინერცია, რომლებიც განსაზღვრავენ ელექტრონების საშუალო დრიფტის სიჩქარის დამოკიდებულებას ველზე, იწვევს დიოდური დენის ანტიფაზის კომპონენტის შემცირებას. ამ ფენომენთან დაკავშირებული Gunn დიოდების შემზღუდავი სიხშირეები შეფასებულია ~ 100 GHz GaAs მოწყობილობებისთვის და 150-300 GHz InP მოწყობილობებისთვის.

Gunn დიოდების გამომავალი სიმძლავრე შეზღუდულია ელექტრული და თერმული პროცესებით. ამ უკანასკნელის გავლენა იწვევს მაქსიმალური სიმძლავრის დამოკიდებულებას სიხშირეზე ფორმაში, სადაც მუდმივი განისაზღვრება სტრუქტურის დასაშვები გადახურებით, მასალის თერმული მახასიათებლებით და ელექტრონული ეფექტურობით. და დიოდის სიმძლავრე. ელექტრული რეჟიმის შეზღუდვები განპირობებულია იმით, რომ მაღალი გამომავალი სიმძლავრის დროს რხევების ამპლიტუდა აღმოჩნდება დიოდზე მუდმივი ძაბვის შესაბამისი: .

დომენის რეჟიმებში ამიტომ შესაბამისად ჩვენ გვაქვს:

,

სადაც არის ექვივალენტური დატვირთვის წინააღმდეგობა, ხელახლა გამოითვლება დიოდური ტერმინალებით და ტოლია LPD-ის აქტიური უარყოფითი წინააღმდეგობის მოდულის.

ელექტრული ველის მაქსიმალური სიძლიერე დომენში მნიშვნელოვნად აღემატება ველის საშუალო მნიშვნელობას დიოდში, ამავდროულად ის უნდა იყოს ნაკლები ავარიის სიძლიერეზე, რომლის დროსაც ხდება მასალის ზვავის დაშლა (GaAs-ისთვის ). ჩვეულებრივ ელექტრული ველის დასაშვებ მნიშვნელობად ითვლება .

როგორც LPD-ების შემთხვევაში, შედარებით დაბალ სიხშირეებზე (სანტიმეტრის ტალღის სიგრძის დიაპაზონში), Gunn-ის დიოდების მაქსიმალური გამომავალი სიმძლავრე განისაზღვრება თერმული ეფექტებით. მილიმეტრიან დიაპაზონში დომენის რეჟიმებში მოქმედი დიოდების აქტიური რეგიონის სისქე ხდება მცირე და ჭარბობს ელექტრული შეზღუდვები. უწყვეტ რეჟიმში სამ სანტიმეტრის დიაპაზონში, 1-2 ვტ სიმძლავრის მიღება შესაძლებელია ერთი დიოდიდან 14%-მდე ეფექტურობით; 60-100 გჰც სიხშირეზე - 100 ვტ-მდე რამდენიმე პროცენტიანი ეფექტურობით. Gunn-ის დიოდური გენერატორები ხასიათდებიან მნიშვნელოვნად დაბალი სიხშირის ხმაურით, ვიდრე LPD გენერატორები.

ONOZ რეჟიმი ხასიათდება ელექტრული ველის ბევრად უფრო ერთგვაროვანი განაწილებით. გარდა ამისა, ამ რეჟიმში მოქმედი დიოდის სიგრძე შეიძლება იყოს მნიშვნელოვანი. ამრიგად, მიკროტალღური ძაბვის ამპლიტუდა დიოდზე ONOS რეჟიმში შეიძლება იყოს 1-2 ბრძანებით უფრო მაღალი, ვიდრე ძაბვა დომენის რეჟიმებში. ამრიგად, Gunn დიოდების გამომავალი სიმძლავრე ONOS რეჟიმში შეიძლება გაიზარდოს რამდენიმე რიგით დომენის რეჟიმებთან შედარებით. ONOZ რეჟიმისთვის თერმული შეზღუდვები წინა პლანზე მოდის. Gunn-ის დიოდები ONOS რეჟიმში მუშაობენ ყველაზე ხშირად პულსირებულ რეჟიმში მაღალი სამუშაო ციკლით და გამოიმუშავებენ ენერგიას რამდენიმე კილოვატამდე სანტიმეტრის ტალღის სიგრძის დიაპაზონში.

Gunn-ის დიოდებზე დაფუძნებული გენერატორების სიხშირე ძირითადად განისაზღვრება რხევითი სისტემის რეზონანსული სიხშირით, დიოდის ტევადობის გამტარობის გათვალისწინებით და შეიძლება დარეგულირდეს ფართო დიაპაზონში მექანიკური და ელექტრული მეთოდებით.

ტალღების გენერატორში(სურ. 10, ა) Gunn-ის დიოდი 1 დამონტაჟებულია მართკუთხა ტალღის გაყვანის ფართო კედლებს შორის ლითონის ღეროს ბოლოს. მიკერძოებული ძაბვა მიეწოდება ინდუქტორის შეყვანის საშუალებით 2 , რომელიც მზადდება მეოთხედი ტალღის კოაქსიალური ხაზების სექციების სახით და ემსახურება მიკროტალღური რხევების შეღწევას დენის წყაროს წრეში. დაბალი Q რეზონატორი იქმნება ტალღის გამტარში დიოდის სამონტაჟო ელემენტებით. გენერატორის სიხშირე მორგებულია ვარაქტორული დიოდის გამოყენებით 3 , მდებარეობს ნახევრად ტალღის მანძილზე და დამონტაჟებულია ტალღის გამტარში, როგორც Gunn დიოდის მსგავსი. ხშირად დიოდები შედის შემცირებული სიმაღლის ტალღაში, რომელიც დაკავშირებულია სტანდარტული განყოფილების გამომავალ ტალღურ გამტართან მეოთხედი ტალღის ტრანსფორმატორით.

სურ. 10. გენერატორების დიზაინი Gunn დიოდებზე დაფუძნებული:

ა-ტალღების გზამკვლევი; ბ-მიკროსტრიპი; c–YIG სფეროს მიერ სიხშირის რეგულირებით

მიკროზოლის დიზაინში(ნახ. 10, ბ) დიოდი 1 დაკავშირებულია ფუძესა და ზოლის გამტარს შორის. სიხშირის სტაბილიზაციისთვის გამოიყენება მაღალი ხარისხის დიელექტრიკული რეზონატორი 4 დიელექტრიკისგან დამზადებული დისკის სახით დაბალი დანაკარგებით და მაღალი მნიშვნელობით (მაგალითად, ბარიუმის ტიტანატი), რომელიც მდებარეობს სიგანის MPL ზოლის გამტართან. კონდენსატორი 5 ემსახურება დენის სქემების და მიკროტალღური ბილიკის გამოყოფას. მიწოდების ძაბვა მიეწოდება ინდუქტორის მიკროსქემის მეშვეობით 2 , რომელიც შედგება MPL-ის ორი მეოთხედი ტალღის სეგმენტისგან სხვადასხვა ტალღის წინაღობით და დაბალი წინააღმდეგობის ხაზი ღიაა. სიხშირის დადებითი ტემპერატურული კოეფიციენტის მქონე დიელექტრიკული რეზონატორების გამოყენება შესაძლებელს ხდის ტემპერატურის ცვლილებისას (~40 kHz/°C) მცირე სიხშირის ცვლის მქონე ოსილატორების შექმნას.

სიხშირის რეგულირებადი გენერატორები Gunn-ზე დიოდები შეიძლება აშენდეს იტრიუმის რკინის გარნეტის ერთკრისტალების გამოყენებით (ნახ. 10, გ). გენერატორის სიხშირე ამ შემთხვევაში იცვლება მაღალი ხარისხის რეზონატორის რეზონანსული სიხშირის რეგულირების გამო, რომელსაც აქვს მცირე დიამეტრის YIG სფეროს ფორმა, როდესაც იცვლება მაგნიტური ველი. მაქსიმალური რეგულირება მიიღწევა შეუფუთავ დიოდებში, რომლებსაც აქვთ მინიმალური რეაქტიული პარამეტრები. მაღალი სიხშირის დიოდური წრე შედგება მოკლე შემობრუნებისგან, რომელიც მოიცავს YIG სფეროს 6 . დიოდური მიკროსქემის შეერთება დატვირთვის წრედთან ხორციელდება YIG სფეროს და ორთოგონალურად განლაგებული შეერთების შემობრუნებით უზრუნველყოფილი ურთიერთინდუქციურობის გამო. ასეთი გენერატორების ელექტრული რეგულირების დიაპაზონი, რომელიც ფართოდ გამოიყენება ავტომატურ საზომ მოწყობილობებში, აღწევს ოქტავას გამომავალი სიმძლავრით 10-20 მვტ.

გამაძლიერებლები Gunn დიოდებზე დაფუძნებული.

Gunn-ის დიოდებზე დაფუძნებული გამაძლიერებლების შემუშავება დიდ ინტერესს იწვევს, განსაკუთრებით მილიმეტრიანი ტალღის სიგრძის დიაპაზონისთვის, სადაც შეზღუდულია მიკროტალღური ტრანზისტორების გამოყენება. Gunn დიოდებზე დაფუძნებული გამაძლიერებლების შექმნისას მნიშვნელოვანი ამოცანაა მათი მუშაობის სტაბილურობის უზრუნველყოფა (დიოდის სტაბილიზაცია) და, უპირველეს ყოვლისა, მცირე სიგნალის დომენის ტიპის რხევების ჩახშობა. ამის მიღწევა შესაძლებელია დიოდის პარამეტრის შეზღუდვით, დიოდის გარე წრედით ჩატვირთვით, დიოდის დოპინგის პროფილის არჩევით, განივი კვეთის შემცირებით ან ნიმუშზე დიელექტრიკული ფირის გამოყენებით. როგორც გამაძლიერებლები, გამოიყენება როგორც პლანშეტური, ასევე მესასტრუქტურული დიოდები, რომლებსაც აქვთ უარყოფითი გამტარობა ზღურბლზე მაღლა ძაბვაზე, ფართო სიხშირის დიაპაზონში ფრენის სიხშირის მახლობლად და გამოიყენება როგორც რეგენერაციული ამრეკლავი გამაძლიერებლები ცირკულატორით შესასვლელში, ასევე უფრო რთული ფირის სტრუქტურები. რომლებიც იყენებენ ტალღის ზრდის სივრცის მუხტის ფენომენს მასალაში NDP-ით, რომელსაც ხშირად უწოდებენ თხელი ფირის მოგზაური ტალღის გამაძლიერებლები(UBV).

ქვეკრიტიკულად დოპირებული დიოდებში ზე გაშვებული დომენის ფორმირება შეუძლებელია ზღვარს გადაჭარბებული ძაბვის დროსაც კი. როგორც გამოთვლები გვიჩვენებს, სუბკრიტიკულ დიოდებს ახასიათებთ უარყოფითი ექვივალენტური წინააღმდეგობა ფრენის სიხშირესთან ახლოს სიხშირეებზე, ზღურბლზე გადაჭარბებულ ძაბვაზე. მათი გამოყენება შესაძლებელია ამრეკლავ გამაძლიერებლებში. თუმცა, მათი დაბალი დინამიური დიაპაზონისა და გაზრდის გამო, ისინი შეზღუდული გამოყენებაა.

სტაბილური უარყოფითი გამტარობა ფართო სიხშირის დიაპაზონში, რომელიც აღწევს 40% -ს, რეალიზდება დიოდებში დიოდის მოკლე სიგრძეზე (~ 8–15 μm) და ძაბვაზე . დაბალ ძაბვაზე შეინიშნება გენერაცია, რომლის დაშლა ძაბვის მატებასთან ერთად შეიძლება აიხსნას მასალის NDC-ის შემცირებით მოწყობილობის ტემპერატურის გაზრდით.

ელექტრული ველის ერთგვაროვანი განაწილება დიოდის სიგრძეზე და სტაბილური გაძლიერება ფართო სიხშირის დიაპაზონში შეიძლება მიღებულ იქნას ნიმუშის არაერთგვაროვანი დოპინგის გამო (ნახ. 12, ა). თუ კათოდის მახლობლად არის ვიწრო მსუბუქად დოპირებული ფენა დაახლოებით 1 მკმ სიგრძის, მაშინ ის ზღუდავს ელექტრონების ინექციას კათოდიდან და იწვევს ელექტრული ველის მკვეთრ ზრდას. მინარევების კონცენტრაციის გაზრდა ნიმუშის სიგრძეზე ანოდისკენ დიაპაზონში დან მდე შესაძლებელს ხდის ელექტრული ველის ერთგვაროვნების მიღწევას. ამ პროფილის დიოდებში პროცესები ჩვეულებრივ გამოითვლება კომპიუტერზე.

სურ. 12. დოპინგ პროფილი (a) და ველის განაწილება (b) Gunn-ის დიოდში მაღალი წინააღმდეგობის კათოდური რეგიონით.

განხილული გამაძლიერებლების ტიპები ხასიათდება ფართო დინამიური დიაპაზონით, ეფექტურობით 2–3% და ხმაურის ფიგურა ~ 10 dB სანტიმეტრის ტალღის სიგრძის დიაპაზონში.

სურ. 13. GaAs თხელი ფენით მოძრავი ტალღის გამაძლიერებლის დიაგრამა გრძივი დრიფტით

გამაძლიერებლის მუშაობისთვის აუცილებელია მოწყობილობის სიგრძის გასწვრივ ფირის და ელექტრული ველის ერთგვაროვნების უზრუნველყოფა. BW მიკერძოებული ძაბვა დევს GaAs NDC რეგიონში, ე.ი . ამ შემთხვევაში, სივრცის მუხტის ტალღა იზრდება ფილმის გასწვრივ გადაადგილებისას. ელექტრული ველის სტაბილური, ერთგვაროვანი განაწილება მიიღწევა UWV-ში მცირე სისქის ფირის გამოყენებით და GaAs ფირის დაფარვით დიდი მნიშვნელობის დიელექტრიკით.

ელექტრონის მოძრაობის ძირითადი განტოლებების გამოყენება ერთგანზომილებიანი შემთხვევისთვის (1), (3), (4) და მცირე სიგნალის რეჟიმისთვის, როდესაც კონვექციის დენის მუდმივი კომპონენტები, ელექტრული ველის სიძლიერე და მუხტის სიმკვრივე გაცილებით მეტია, ვიდრე ცვლადი კომპონენტების ამპლიტუდა (), იწვევს მუდმივი გავრცელების დისპერსიულ განტოლებას, რომელსაც აქვს გამოსავალი ორი ტალღის სახით.

ერთ-ერთი მათგანი არის პირდაპირი ტალღა, რომელიც ვრცელდება ფილმის გასწვრივ კათოდიდან ანოდამდე ფაზური სიჩქარით და აქვს ამპლიტუდა, რომელიც იცვლება კანონის მიხედვით:

სად არის ელექტრონების მოძრაობის დრო მოწყობილობის შეყვანიდან. ODP რეგიონში მუშაობისას პირდაპირი ტალღაც იზრდება. მეორე ტალღა საპირისპიროა, ვრცელდება ანოდიდან კათოდამდე და მცირდება ამპლიტუდაში როგორც . GaAs-ის დიფუზიის კოეფიციენტი არის ამიტომ საპირისპირო ტალღა სწრაფად იშლება. (9)-დან მოწყობილობის მომატება არის (dB)

(10)

შეაფასეთ (10)-ით და იძლევა 0,3–3 dB/μm რიგის მომატებას. გასათვალისწინებელია, რომ გამოთქმა (10) არსებითად ხარისხობრივია. მისი პირდაპირი გამოყენება კოსმოსური მუხტის მზარდი ტალღების გამოსათვლელად შეიძლება გამოიწვიოს შეცდომები მცირე ფირის სისქის სასაზღვრო პირობების ძლიერი გავლენის გამო, რადგან პრობლემა უნდა განიხილებოდეს როგორც ორგანზომილებიანი. ასევე მხედველობაში უნდა იქნას მიღებული ელექტრონის დიფუზია, რაც ზღუდავს სიხშირის დიაპაზონს, რომელზედაც შესაძლებელია გაძლიერება. გამოთვლები ადასტურებს UWV-ში ~0,5–1 dB/μm მომატების მიღების შესაძლებლობას 10 გჰც ან მეტი სიხშირეზე. ასეთი მოწყობილობები ასევე შეიძლება გამოყენებულ იქნას როგორც კონტროლირებადი ფაზის გადამრთველი და მიკროტალღური დაყოვნების ხაზები.

[ლ]. ბერეზინი და სხვ. მიკროტალღური მოწყობილობები. – M. უმაღლესი სკოლა 1985 წ.

რუსეთის ფედერაციის განათლების სამინისტრო

ორიოლის სახელმწიფო ტექნიკური უნივერსიტეტი

ფიზიკის დეპარტამენტი ABSTRACT

თემაზე: „განის ეფექტი და მისი გამოყენება გენერატორის რეჟიმში მომუშავე დიოდებში“.

დისციპლინა: "მიკროელექტრონიკის ფიზიკური საფუძვლები"

ავსებს 3-4 ჯგუფის მოსწავლეს
სენატოროვი დ.გ.

ხელმძღვანელი:

არწივი. 2000 წ

Gunn ეფექტი და მისი გამოყენება გენერატორის რეჟიმში მომუშავე დიოდებში.

მიკროტალღური რხევების გასაძლიერებლად და გენერირებისთვის შეიძლება გამოყენებულ იქნას ელექტრონის სიჩქარის ანომალიური დამოკიდებულება ელექტრული ველის სიძლიერეზე ზოგიერთ ნახევარგამტარულ ნაერთში, ძირითადად გალიუმის არსენიდში. ამ შემთხვევაში, მთავარ როლს ასრულებს პროცესები, რომლებიც ხდება ნახევარგამტარის დიდ ნაწილში და არა p-n კვანძში. მიკროტალღური რხევების წარმოქმნა n-ტიპის GaAs-ის ერთგვაროვან ნიმუშებში მუდმივი ელექტრული ველის სიძლიერით ზღურბლზე მაღლა პირველად დაფიქსირდა J. Gunn-მა 1963 წელს (ამიტომ, ასეთ მოწყობილობებს უწოდებენ Gunn-ის დიოდებს). საშინაო ლიტერატურაში მათ ასევე უწოდებენ მოწყობილობებს მოცულობითი არასტაბილურობით ან შუალედური ელექტრონების გადაცემით, რადგან დიოდების აქტიური თვისებები განისაზღვრება ელექტრონების "ცენტრალური" ენერგეტიკული ხეობიდან "მხარეზე" გადასვლით, სადაც ისინი ხასიათდებიან. დიდი ეფექტური მასა და დაბალი მობილურობა. უცხოურ ლიტერატურაში ეს უკანასკნელი სახელი შეესაბამება ტერმინს TED (Transferred Electron Device).

სუსტ ველში ელექტრონების მობილურობა მაღალია და შეადგენს 6000–8500 სმ 2 /(Vs). როდესაც ველის სიძლიერე 3,5 კვ/სმ-ზე მეტია, ზოგიერთი ელექტრონის "გვერდით" ხეობაში გადასვლის გამო, ელექტრონების საშუალო დრიფტის სიჩქარე ველის ზრდასთან ერთად მცირდება. დიფერენციალური მობილობის მოდულის უმაღლესი მნიშვნელობა ჩამოვარდნილ მონაკვეთში დაახლოებით სამჯერ დაბალია მობილურობა სუსტ ველებში. ველის სიძლიერეზე 15-20 კვ/სმ-ზე მეტი, ელექტრონის საშუალო სიჩქარე თითქმის დამოუკიდებელია ველისგან და არის დაახლოებით 10 7 სმ/წმ, ამიტომ თანაფარდობა და სიჩქარის ველის მახასიათებელი შეიძლება მიახლოებით მიახლოებით იყოს ნაჩვენები ნახ. 1-ში. უარყოფითი დიფერენციალური გამტარობის (NDC) დამყარების დრო არის ელექტრონული გაზის გაცხელების დროის ჯამი "ცენტრალურ" ხეობაში (~ 10-12 წმ GaAs-ისთვის), რომელიც განისაზღვრება ენერგიის დასვენების დროის მუდმივით და შუალედური გადასვლის დროით. ~5–10–14 წმ).

მოსალოდნელია, რომ მახასიათებლის დაცემის მონაკვეთის არსებობა NDC რეგიონში ელექტრული ველის ერთგვაროვანი განაწილებით ერთგვაროვნად დოპირებული GaAs ნიმუშის გასწვრივ, გამოიწვევდა ვარდნის მონაკვეთის გამოჩენას დიოდის დენის ძაბვის მახასიათებელში. ვინაიდან დიოდის გავლით კონვექციის დენის მნიშვნელობა განისაზღვრება როგორც , სადაც ; -განაკვეთის ფართობი; - ნიმუშის სიგრძე კონტაქტებს შორის. ამ განყოფილებაში დიოდს ექნებოდა უარყოფითი აქტიური გამტარობა და შეიძლება გამოყენებულ იქნას გვირაბის დიოდის მსგავსი რხევების გენერირებისთვის და გასაძლიერებლად. თუმცა, პრაქტიკაში, ასეთი რეჟიმის განხორციელება ნახევარგამტარული მასალის ნიმუშში NDC-ით რთულია საველე და სივრცის მუხტის არასტაბილურობის გამო. როგორც ნაჩვენებია § 8.1-ში, სივრცის მუხტის რყევა ამ შემთხვევაში იწვევს სივრცის მუხტის ზრდას კანონის შესაბამისად.

,

სად არის დიელექტრიკული რელაქსაციის მუდმივი; -ელექტრონის კონცენტრაცია თავდაპირველ n-GaAs-ში. ერთგვაროვან ნიმუშში, რომელზეც გამოიყენება მუდმივი ძაბვა ელექტრონის კონცენტრაციის ადგილობრივი მატება იწვევს უარყოფითად დამუხტული ფენის გამოჩენას (ნახ. 2), რომელიც მოძრაობს ნიმუშის გასწვრივ კათოდიდან ანოდამდე.

ნახ.1. ელექტრონების დრიფტის სიჩქარის მიახლოებითი დამოკიდებულება ელექტრული ველის სიძლიერეზე GaAs-ისთვის.

ნახ.2. ახსნას აკუმულაციური ფენის წარმოქმნის პროცესი ერთნაირად დოპირებული GaA-ებში.

კათოდში ვგულისხმობთ კონტაქტს ნიმუშთან, რომელზეც გამოიყენება უარყოფითი პოტენციალი. შიდა ელექტრული ველები, რომლებიც წარმოიქმნება ამ შემთხვევაში, ზედმეტად არის გადანაწილებული მუდმივ ველზე, ზრდის ველის სიძლიერეს ფენის მარჯვნივ და ამცირებს მას მარცხნივ (ნახ. 2, ა). ფენის მარჯვნივ ელექტრონების სიჩქარე მცირდება, მარცხნივ კი იზრდება. ეს იწვევს მოძრავი დაგროვების შრის შემდგომ ზრდას და ნიმუშში ველის შესაბამის გადანაწილებას (ნახ. 2, ბ). როგორც წესი, კოსმოსური მუხტის ფენა ბირთვდება კათოდზე, რადგან კათოდის ომური კონტაქტის მახლობლად არის რეგიონი გაზრდილი ელექტრონის კონცენტრაციით და დაბალი ელექტრული ველის სიძლიერით. რყევებს, რომლებიც წარმოიქმნება ანოდის კონტაქტთან ახლოს, ელექტრონების ანოდისკენ მოძრაობის გამო, არ აქვს დრო, რომ განვითარდეს.

თუმცა, ასეთი ელექტრული ველის განაწილება არასტაბილურია და, თუ ნიმუშში არის არაერთგვაროვნება კონცენტრაციის, მობილურობის ან ტემპერატურის ნახტომის სახით, მას შეუძლია გადაიზარდოს ეგრეთ წოდებული ძლიერი ველის დომენად. ელექტრული ველის სიძლიერე დაკავშირებულია ელექტრონის კონცენტრაციასთან პუასონის განტოლებით, რომელსაც ერთგანზომილებიანი შემთხვევისთვის აქვს ფორმა

(1)

ნიმუშის ნაწილში ელექტრული ველის ზრდას თან ახლავს სივრცის მუხტის გამოჩენა ამ უბნის საზღვრებში, კათოდის მხარეს უარყოფითი და ანოდის მხარეს დადებითი (ნახ. 3, ა). ამ შემთხვევაში, რეგიონის შიგნით ელექტრონების სიჩქარე მცირდება ნახ. 1-ის შესაბამისად. კათოდის მხრიდან ელექტრონები ამ ზონაში ელექტრონებს დაეწევიან, რის გამოც იზრდება უარყოფითი მუხტი და წარმოიქმნება ელექტრონებით მდიდარი ფენა. ანოდის მხრიდან ელექტრონები წინ მიიწევენ, რის გამოც იზრდება დადებითი მუხტი და წარმოიქმნება გამოფიტული ფენა, რომელშიც. ეს იწვევს ველის შემდგომ ზრდას რხევის რეგიონში, როდესაც მუხტი მოძრაობს ანოდისკენ და კოსმოსური მუხტის დიპოლური რეგიონის მასშტაბის ზრდას. თუ დიოდზე გამოყენებული ძაბვა შენარჩუნებულია მუდმივი, მაშინ დიპოლური დომენი იზრდება, მის გარეთ ველი შემცირდება (ნახ. 3, ბ). დომენში ველის ზრდა შეჩერდება, როდესაც მისი სიჩქარე დომენის გარეთ ელექტრონების სიჩქარის ტოლი გახდება. აშკარაა რომ . ელექტრული ველის სიძლიერე დომენის გარეთ (ნახ. 3, გ) იქნება ზღურბლის სიძლიერის ქვემოთ, რაც შეუძლებელს ხდის ელექტრონების შუალედურ გადასვლას დომენის გარეთ და სხვა დომენის წარმოქმნას, სანამ არ გაქრება ადრე ჩამოყალიბებული დომენის ანოდი. სტაბილური მაღალი ველის დომენის ფორმირების შემდეგ, დიოდში დენი რჩება მუდმივი მისი გადაადგილებისას კათოდიდან ანოდამდე.

ნახ.3. დიპოლური დომენის ფორმირების პროცესის ახსნა.

მას შემდეგ, რაც დომენი გაქრება ანოდზე, ნიმუშში ველის სიძლიერე იზრდება და როდესაც ის მიაღწევს მნიშვნელობას, იწყება ახალი დომენის ფორმირება. ამ შემთხვევაში დენი აღწევს მაქსიმალურ მნიშვნელობას (ნახ. 4, გ)

(2)

Gunn დიოდის მუშაობის ამ რეჟიმს ტრანზიტის რეჟიმი ეწოდება. ტრანზიტის რეჟიმში, დიოდში დენი შედგება იმპულსებისგან, რომლებიც მოჰყვება პერიოდს . დიოდი წარმოქმნის მიკროტალღურ რხევებს ფრენის სიხშირით , განისაზღვრება ძირითადად ნიმუშის სიგრძით და სუსტად არის დამოკიდებული დატვირთვაზე (ზუსტად ამ რხევებს აკვირდებოდა განი GaAs და InP-ის ნიმუშების შესწავლისას).

ელექტრონული პროცესები Gunn-ის დიოდში უნდა განიხილებოდეს პუასონის განტოლებების, უწყვეტობისა და მთლიანი დენის სიმკვრივის გათვალისწინებით, რომლებსაც ერთგანზომილებიანი შემთხვევისთვის აქვს შემდეგი ფორმა:

; (3)

. (4)

ნახ.4. Gunn-ის დიოდის გენერატორის ეკვივალენტური წრე (a) და ძაბვის (b) და დენის დროზე დამოკიდებულებები Gunn-ის დიოდში ტრანზიტის რეჟიმში (c) და რეჟიმებში დაგვიანებით (d) და დომენის დემპინგი (e).

მყისიერი ძაბვა დიოდზე. მთლიანი დენი არ არის დამოკიდებული კოორდინატზე და არის დროის ფუნქცია. დიფუზიის კოეფიციენტი ხშირად განიხილება ელექტრული ველისგან დამოუკიდებლად.

დიოდის პარამეტრებიდან (მასალის დოპინგის ხარისხი და პროფილი, ნიმუშის სიგრძე და განივი ფართობი და მისი ტემპერატურა), აგრეთვე მიწოდების ძაბვისა და დატვირთვის თვისებებიდან გამომდინარე, Gunn-ის დიოდი, როგორც მიკროტალღური გენერატორი და გამაძლიერებელი, შეუძლია მუშაობა სხვადასხვა რეჟიმში: დომენი, სივრცის მუხტის დაგროვების შემზღუდველი (ONZ, უცხოურ ლიტერატურაში LSA – Limited Space Charge Accumulation), ჰიბრიდული, კოსმოსური მუხტის მოძრავი ტალღები, უარყოფითი გამტარობა.

დომენის მუშაობის რეჟიმები.

Gunn-ის დიოდის მოქმედების დომენური რეჟიმები ხასიათდება რხევის პერიოდის მნიშვნელოვანი ნაწილის ნიმუშში ფორმირებული დიპოლური დომენის არსებობით. სტაციონარული დიპოლური დომენის მახასიათებლები დეტალურად არის განხილული [?]-ში, სადაც ნაჩვენებია, რომ (1), (3) და (4)-დან გამომდინარეობს, რომ დომენის სიჩქარე და მასში ველის მაქსიმალური სიძლიერე დაკავშირებულია. თანაბარი ფართობის წესით

. (5)

(5) შესაბამისად, ნახაზი 5, a-ში დაჩრდილული და ხაზებით შემოსაზღვრული უბნები იგივეა. როგორც ნახატიდან ჩანს, დომენში ველის მაქსიმალური სიძლიერე მნიშვნელოვნად აღემატება დომენის გარეთ არსებულ ველს და შეიძლება მიაღწიოს ათეულ კვ/სმ-ს.

ნახ.5. დიპოლური დომენის პარამეტრების დასადგენად.

სურათი 5, b გვიჩვენებს დომენის ძაბვის დამოკიდებულებას მის გარეთ ელექტრული ველის სიძლიერეზე, სად არის დომენის სიგრძე (ნახ. 3, გ). იქ აშენდა დიოდის „ინსტრუმენტული ხაზი“, რომლის სიგრძეა მოცემული ძაბვა, იმის გათვალისწინებით, რომ დიოდის მთლიანი ძაბვა არის . გადაკვეთის წერტილი A განსაზღვრავს დომენის ძაბვას და ველის სიძლიერეს მის გარეთ. უნდა გვახსოვდეს, რომ დომენი ხდება მუდმივი ძაბვის დროს თუმცა, ის ასევე შეიძლება არსებობდეს, როდესაც დომენის ანოდისკენ გადაადგილებისას დიოდზე ძაბვა მცირდება მნიშვნელობამდე (წინახაზი ნახ. 5, ბ). თუ დიოდზე ძაბვა კიდევ უფრო შემცირდება ისე, რომ ის გახდება დომენის გაქრობის ძაბვაზე ნაკლები, შედეგად დომენი გადაიჭრება. ამორტიზაციის ძაბვა შეესაბამება იმ მომენტს, როდესაც "ინსტრუმენტის სწორი ხაზი" ეხება ხაზს 5, ბ.

ამრიგად, დომენის გაქრობის ძაბვა უფრო ნაკლები აღმოჩნდება დომენის ფორმირების ზღვრულ ძაბვაზე. როგორც ნახაზი 5-დან ჩანს, დომენზე ჭარბი ძაბვის მკვეთრი დამოკიდებულების გამო, დომენის გარეთ ველის სიძლიერეზე, დომენის გარეთ ველი და დომენის სიჩქარე ოდნავ იცვლება, როდესაც იცვლება ძაბვა დიოდზე. ჭარბი ძაბვა შეიწოვება ძირითადად დომენში. უკვე ზე დომენის სიჩქარე მხოლოდ ოდნავ განსხვავდება გაჯერების სიჩქარისგან და შეიძლება ჩაითვალოს დაახლოებით, და, შესაბამისად, ფრენის სიხშირე, როგორც დიოდის მახასიათებელი, ჩვეულებრივ განისაზღვრება გამონათქვამით:

(6)

დომენის სიგრძე დამოკიდებულია დონორის მინარევის კონცენტრაციაზე, ასევე დიოდზე არსებულ ძაბვაზე და არის 5-10 მკმ. მინარევების კონცენტრაციის დაქვეითება იწვევს დომენის გაფართოებას დაშლის ფენის გაზრდის გამო. დომენის ფორმირება ხდება სასრულ დროში და დაკავშირებულია უარყოფითი დიფერენციალური გამტარობის დამყარებასთან და სივრცის მუხტის ზრდასთან. სივრცის მუხტის აწევის დროის მუდმივი მცირე აშლილობის რეჟიმში უდრის დიელექტრიკული რელაქსაციის მუდმივას და განისაზღვრება უარყოფითი დიფერენციალური მობილურობითა და ელექტრონების კონცენტრაციით. მაქსიმალური მნიშვნელობით, ხოლო ODP-ის ჩამოყალიბების დრო ნაკლებია. ამრიგად, დომენის ფორმირების დრო დიდწილად განისაზღვრება სივრცის მუხტის გადანაწილების პროცესით. ეს დამოკიდებულია ველის საწყისი არაერთგვაროვნებაზე, დოპინგზე და გამოყენებულ ძაბვაზე.

სურ6. Gunn დიოდი.

სავარაუდოა, რომ დომენს ექნება დრო, რომ სრულად ჩამოყალიბდეს შემდეგ დროში:

სადაც გამოიხატება. დომენის რეჟიმებზე საუბარი აზრი აქვს მხოლოდ იმ შემთხვევაში, თუ დომენს აქვს დრო, რომ ჩამოყალიბდეს ნიმუშში ელექტრონების ფრენისას. აქედან გამომდინარე, დიპოლური დომენის არსებობის პირობა არის ან .

ელექტრონის კონცენტრაციისა და ნიმუშის სიგრძის პროდუქტის მნიშვნელობას ეწოდება კრიტიკული და მითითებულია. ეს მნიშვნელობა არის საზღვარი Gunn-ის დიოდის დომენურ რეჟიმებსა და რეჟიმებს შორის სტაბილური ელექტრული ველის განაწილებით ერთნაირად დოპირებული ნიმუშში. როდესაც ძლიერი ველის დომენი არ არის ჩამოყალიბებული, ნიმუშს ეწოდება სტაბილური. შესაძლებელია დომენის სხვადასხვა რეჟიმი. ტიპის კრიტერიუმი მოქმედებს, მკაცრად რომ ვთქვათ, მხოლოდ სტრუქტურებისთვის, რომლებშიც კათოდსა და ანოდს შორის აქტიური ფენის სიგრძე გაცილებით ნაკლებია განივი ზომებზე: (ნახ. 6, ა), რაც შეესაბამება ერთგანზომილებიან პრობლემას. და დამახასიათებელია პლანური და მესასტრუქტურისთვის. თხელი ფენიანი სტრუქტურებისთვის (ნახ. 6, ბ), ეპიტაქსიალური აქტიური GaAs 1 სიგრძის ფენა შეიძლება განთავსდეს მაღალი წინააღმდეგობის სუბსტრატს 3 და საიზოლაციო დიელექტრიკულ ფილას 2 შორის, რომელიც დამზადებულია, მაგალითად, SiO 2-ისგან. ომური ანოდისა და კათოდური კონტაქტები დამზადებულია ფოტოლითოგრაფიის მეთოდების გამოყენებით. დიოდის განივი ზომა შეიძლება შედარდეს მის სიგრძესთან. ამ შემთხვევაში დომენის ფორმირებისას წარმოქმნილი სივრცის მუხტები ქმნიან შიდა ელექტრულ ველებს, რომლებსაც აქვთ არა მხოლოდ გრძივი კომპონენტი, არამედ განივი კომპონენტიც (ნახ. 6, გ). ეს იწვევს ველის შემცირებას ერთგანზომილებიან პრობლემასთან შედარებით. როდესაც აქტიური ფირის სისქე მცირეა, როდესაც , დომენის არასტაბილურობის არარსებობის კრიტერიუმი იცვლება პირობით. ასეთი სტრუქტურებისთვის, ელექტრული ველის სტაბილური განაწილებით, ეს შეიძლება იყოს უფრო დიდი.

დომენის ფორმირების დრო არ უნდა აღემატებოდეს მიკროტალღური რხევების ნახევარ ციკლს. მაშასადამე, არსებობს მოძრავი დომენის არსებობის მეორე პირობა, საიდანაც (1) გათვალისწინებით ვიღებთ .

ფრენის დროის თანაფარდობისა და მიკროტალღური რხევების პერიოდის, აგრეთვე მუდმივი ძაბვის მნიშვნელობებისა და მაღალი სიხშირის ძაბვის ამპლიტუდის მიხედვით, შეიძლება განხორციელდეს შემდეგი დომენური რეჟიმები: ფრენა- ფრენა, რეჟიმი დომენის დაყოვნებით, რეჟიმი დომენის ჩახშობით (ჩაქრობით). განვიხილოთ ამ რეჟიმებში მიმდინარე პროცესები Gunn-ის დიოდის შემთხვევაში, რომელიც მუშაობს დატვირთვაზე პარალელური რხევადი წრედის სახით აქტიური წინააღმდეგობით რეზონანსულ სიხშირეზე და დიოდი იკვებება ძაბვის გენერატორით დაბალი შიდა წინააღმდეგობით (იხ. სურ. 4a). ამ შემთხვევაში დიოდზე ძაბვა იცვლება სინუსოიდური კანონის მიხედვით. თაობა შესაძლებელია .

დაბალი დატვირთვის წინააღმდეგობის დროს, როდის, სად – Gunn-ის დიოდის წინაღობა სუსტ ველებში, მაღალი სიხშირის ძაბვის ამპლიტუდა მცირეა და მყისიერი ძაბვა დიოდზე აჭარბებს ზღურბლს (იხ. სურ. 4b, მრუდი 1). აქ ხდება ადრე განხილული სატრანზიტო რეჟიმი, როდესაც დომენის ფორმირების შემდეგ დიოდის დენი რჩება მუდმივი და თანაბარი (იხ. სურ. 9.39, გ). როდესაც დომენი ქრება, დენი იზრდება მდე. GaAs-ისთვის. რხევების სიხშირე ფრენის რეჟიმში უდრის. ვინაიდან თანაფარდობა მცირეა, ეფექტურობა ტრანზიტის რეჟიმში მომუშავე Gunn-ის დიოდების გენერატორების რაოდენობა მცირეა და ამ რეჟიმს, როგორც წესი, არ აქვს პრაქტიკული გამოყენება.

როდესაც დიოდი მუშაობს მაღალი წინააღმდეგობის მქონე წრედზე, როდესაც , ალტერნატიული ძაბვის ამპლიტუდა შეიძლება იყოს საკმაოდ დიდი, ისე, რომ პერიოდის გარკვეულ მონაკვეთში დიოდზე მყისიერი ძაბვა ხდება ზღურბლზე ნაკლები (შეესაბამება მრუდი 2 ნახ. 4b). ამ შემთხვევაში, ჩვენ ვსაუბრობთ რეჟიმზე დომენის ფორმირების დაგვიანებით. დომენი იქმნება, როდესაც დიოდზე ძაბვა აჭარბებს ზღურბლს, ანუ დროის მომენტში (იხ. ნახ. 4, დ). დომენის ფორმირების შემდეგ, დიოდური დენი მცირდება და რჩება დომენის ფრენის დროს. როდესაც დომენი ქრება ანოდზე დროის მომენტში, დიოდზე ძაბვა ნაკლებია ზღურბლზე და დიოდი წარმოადგენს აქტიურ წინააღმდეგობას. დენის ცვლილება პროპორციულია დიოდზე ძაბვისა იმ მომენტამდე, როცა დენი მიაღწევს მაქსიმალურ მნიშვნელობას და დიოდზე ძაბვა ზღურბლის ტოლია. იწყება ახალი დომენის ფორმირება და მთელი პროცესი მეორდება. მიმდინარე პულსის ხანგრძლივობა უდრის ახალი დომენის ფორმირების შეფერხების დროს. დომენის ფორმირების დრო მცირედ ითვლება და . ცხადია, ასეთი რეჟიმი შესაძლებელია, თუ ფრენის დრო ლიმიტებშია და წარმოქმნილი რხევების სიხშირე არის .

მაღალი სიხშირის ძაბვის კიდევ უფრო დიდი ამპლიტუდით, რომელიც შეესაბამება მე-3 ნახ. 4d). დომენი იქმნება დროის გარკვეულ მომენტში და იშლება დროის იმ მომენტში, როდესაც ახალი დომენი ფორმირებას იწყებს მას შემდეგ, რაც ძაბვა გადააჭარბებს ზღვრულ მნიშვნელობას. ვინაიდან დომენის გაქრობა არ არის დაკავშირებული მის ანოდამდე მისვლასთან, დომენის ჩაქრობის რეჟიმში ელექტრონების ფრენის დრო კათოდსა და ანოდს შორის შეიძლება გადააჭარბოს რხევის პერიოდს: . ამრიგად, დემპინგის რეჟიმში. გენერირებული სიხშირეების ზედა ზღვარი შემოიფარგლება პირობით და შეიძლება იყოს .

ელექტრონული ეფექტურობა დომენის რეჟიმებში მოქმედი Gunn-ის დიოდებზე დაფუძნებული გენერატორები შეიძლება განისაზღვროს დენის ფუნქციის გაფართოებით ფურიეს სერიაში (იხ. ნახ. 4), რათა იპოვონ პირველი ჰარმონიული და პირდაპირი დენის კომპონენტის ამპლიტუდა. ეფექტურობის ღირებულება დამოკიდებულია ურთიერთობებზე , , , და ოპტიმალურ მნიშვნელობაზე არ აღემატება 6%-ს GaAs დიოდებისთვის დომენის დაყოვნების რეჟიმში. ელექტრონული ეფექტურობა დომენის ჩაქრობის რეჟიმში ნაკლებია, ვიდრე დომენის დაყოვნების რეჟიმში.

ONOZ რეჟიმი.

დომენის რეჟიმებთან შედარებით ცოტა გვიან, შემოთავაზებული და განხორციელებული იქნა სივრცის მუხტის დაგროვების შეზღუდვის რეჟიმი Gunn-ის დიოდებისთვის. ის არსებობს დიოდზე მუდმივი ძაბვის დროს, რამდენჯერმე აღემატება ზღვრულ მნიშვნელობას და დიდი ძაბვის ამპლიტუდა სიხშირეებზე რამდენჯერმე აღემატება ფრენის სიხშირეს. ONOS რეჟიმის განსახორციელებლად საჭიროა დიოდები ძალიან ერთიანი დოპინგ პროფილით. ელექტრული ველის და ელექტრონის კონცენტრაციის ერთგვაროვანი განაწილება ნიმუშის სიგრძეზე უზრუნველყოფილია დიოდზე ძაბვის ცვლილების მაღალი სიჩქარით. თუ დროის პერიოდი, რომლის დროსაც ელექტრული ველის ინტენსივობა გადის NDC მახასიათებლის რეგიონში, გაცილებით ნაკლებია, ვიდრე დომენის ფორმირების დრო, მაშინ არ არის შესამჩნევი გადანაწილება ველისა და სივრცის მუხტის დიოდის სიგრძის გასწვრივ. ელექტრონების სიჩქარე მთელ ნიმუშში „მოჰყვება“ ელექტრული ველის ცვლილებას, ხოლო დიოდის დენი განისაზღვრება ველზე სიჩქარის დამოკიდებულებით (ნახ. 7).

ამრიგად, ONOS რეჟიმში, დიოდის უარყოფითი გამტარობა გამოიყენება ენერგიის წყაროს ენერგიის მიკროტალღური რხევების ენერგიად გადასაყვანად. ამ რეჟიმში, რხევის პერიოდის გარკვეული პერიოდის განმავლობაში, დიოდზე ძაბვა რჩება ზღურბლზე ნაკლები და ნიმუში იმყოფება ელექტრონის დადებითი მობილურობით, ანუ სივრცის მუხტით, რომელიც ჩამოყალიბდა იმ დროს, როდესაც ელ. ველი დიოდში იყო ზღურბლზე ზემოთ, იშლება.

ჩვენ დაახლოებით დავწერთ ფორმაში დროთა განმავლობაში მუხტის სუსტი ზრდის პირობას , სად ; არის ნეგატიური დიფერენციალური ელექტრონების მობილობის საშუალო მნიშვნელობა რეგიონში. დროში კოსმოსური მუხტის რეზორბცია ეფექტური იქნება თუ და სად ; და – დიელექტრიკული რელაქსაციის დროის მუდმივი და ელექტრონების მობილურობა სუსტ ველში.

დათვლა , , ჩვენ გვაქვს . ეს უთანასწორობა განსაზღვრავს მნიშვნელობების დიაპაზონს, რომლის ფარგლებშიც ხორციელდება ONZ რეჟიმი.

Gunn დიოდის გენერატორის ელექტრონული ეფექტურობა ONOS რეჟიმში შეიძლება გამოითვალოს მიმდინარე ფორმიდან (ნახ. 7). ზე მაქსიმალური ეფექტურობა არის 17%.

ნახ.7. დენის დროზე დამოკიდებულება Gunn-ის დიოდზე ONOS რეჟიმში.

დომენის რეჟიმებში წარმოქმნილი რხევების სიხშირე დაახლოებით ტოლია ფრენის სიხშირის. აქედან გამომდინარე, დომენის რეჟიმებში მოქმედი Gunn დიოდების სიგრძე დაკავშირებულია ოპერაციული სიხშირის დიაპაზონთან გამოსახულებით

სადაც გამოხატულია გჰც-ში და – მიკრონი. ONOS რეჟიმში, დიოდის სიგრძე არ არის დამოკიდებული სამუშაო სიხშირეზე და შეიძლება ბევრჯერ აღემატებოდეს იმავე სიხშირეზე მომუშავე დიოდების სიგრძეს დომენის რეჟიმებში. ეს საშუალებას გაძლევთ მნიშვნელოვნად გაზარდოთ გენერატორების სიმძლავრე ONO რეჟიმში დომენის რეჟიმში მომუშავე გენერატორებთან შედარებით.

განხილული პროცესები Gunn-ის დიოდში დომენის რეჟიმებში არსებითად იდეალიზებულია, რადგან ისინი რეალიზებულია შედარებით დაბალ სიხშირეებზე (1-3 გჰც), სადაც რხევის პერიოდი მნიშვნელოვნად ნაკლებია დომენის ფორმირების დროზე, ხოლო დიოდის სიგრძე გაცილებით მეტია, ვიდრე დომენის სიგრძე ჩვეულებრივი დოპინგის დონეზე . ყველაზე ხშირად, უწყვეტი ტალღის Gunn დიოდები გამოიყენება მაღალ სიხშირეებზე ეგრეთ წოდებულ ჰიბრიდულ რეჟიმებში. Gunn დიოდების ჰიბრიდული ოპერაციული რეჟიმები შუალედურია ONOS და დომენის რეჟიმებს შორის. ჰიბრიდული რეჟიმებისთვის დამახასიათებელია, რომ დომენის ფორმირება რხევის პერიოდის უმეტეს ნაწილს იკავებს. არასრულად ჩამოყალიბებული დომენი წყდება, როდესაც დიოდზე მყისიერი ძაბვა მცირდება ზღურბლზე ქვემოთ მნიშვნელობებამდე. ელექტრული ველის სიძლიერე კოსმოსური მუხტის მზარდი რეგიონის გარეთ რჩება ზოგადად ზღურბლზე მეტი. ჰიბრიდულ რეჟიმში დიოდში მიმდინარე პროცესები გაანალიზებულია კომპიუტერის გამოყენებით (1), (3) და (4) განტოლებების გამოყენებით. ჰიბრიდული რეჟიმები იკავებს მნიშვნელობების ფართო სპექტრს და არ არის ისეთი მგრძნობიარე მიკროსქემის პარამეტრების მიმართ, როგორც ONOZ რეჟიმი.

ONOS რეჟიმი და Gunn დიოდის ჰიბრიდული ოპერაციული რეჟიმები კლასიფიცირდება როგორც "მყარი" თვითაგზნების რეჟიმები, რომლებიც ხასიათდება უარყოფითი ელექტრონული გამტარობის დამოკიდებულებით მაღალი სიხშირის ძაბვის ამპლიტუდაზე. გენერატორის ჰიბრიდულ რეჟიმში (ისევე როგორც ONOZ რეჟიმში) დაყენება რთული ამოცანაა და ჩვეულებრივ ხორციელდება დიოდის თანმიმდევრული გადასვლით სატრანზიტო რეჟიმიდან ჰიბრიდულ რეჟიმში.

სურ.8. GaAs Gunn დიოდური გენერატორების ელექტრონული ეფექტურობა სხვადასხვა ოპერაციული რეჟიმისთვის:

1–დომენის ფორმირების დაგვიანებით

2 – დომენის ჩახშობით

ნახ.9. Gunn-ის დიოდის ძაბვის (a) და დენის (b) დროზე დამოკიდებულება მაღალეფექტურ რეჟიმში.

3-ჰიბრიდი

გენერატორების დიზაინი და პარამეტრები Gunn დიოდებზე დაფუძნებული.

სურათი 8 გვიჩვენებს მაქსიმალური ელექტრონული ეფექტურობის მნიშვნელობებს. GaAs Gunn დიოდი სხვადასხვა ოპერაციულ რეჟიმში. ჩანს, რომ მნიშვნელობები არ აღემატება 20% -ს. ეფექტურობის გაზრდა Gunn-ის დიოდებზე დაფუძნებული გენერატორები შესაძლებელია უფრო რთული რხევითი სისტემების გამოყენებით, რაც შესაძლებელს გახდის დიოდზე დენისა და ძაბვის დროის დამოკიდებულების უზრუნველყოფას, ნაჩვენებია ნახ. 9-ში. ფუნქციების გაფართოება და ფურიეს სერიაში ზე და იძლევა ელექტრონულ ეფექტურობის მნიშვნელობებს GaAs Gunn დიოდებისთვის 25%. ოპტიმალურ მრუდთან საკმაოდ კარგი მიახლოება მიიღება მეორე ძაბვის ჰარმონიკის გამოყენებით. ეფექტურობის გაზრდის კიდევ ერთი გზა შედგება მაღალი თანაფარდობის მქონე მასალების გამოყენებით Gunn-ის დიოდებში. ამრიგად, ინდიუმის ფოსფიდისთვის ის აღწევს 3,5-ს, რაც დიოდების თეორიულ ელექტრონულ ეფექტურობას 40%-მდე ზრდის.

უნდა გვახსოვდეს, რომ ელექტრონული ეფექტურობა Gunn-ის დიოდებზე დაფუძნებული გენერატორები მცირდება მაღალ სიხშირეებზე, როდესაც რხევის პერიოდი ხდება NDC-ის დამყარების დროის შესაბამისი (ეს ვლინდება უკვე ~30 გჰც სიხშირეზე). პროცესების ინერცია, რომლებიც განსაზღვრავენ ელექტრონების საშუალო დრიფტის სიჩქარის დამოკიდებულებას ველზე, იწვევს დიოდური დენის ანტიფაზის კომპონენტის შემცირებას. ამ ფენომენთან დაკავშირებული Gunn დიოდების შემზღუდავი სიხშირეები შეფასებულია ~ 100 GHz GaAs მოწყობილობებისთვის და 150-300 GHz InP მოწყობილობებისთვის.

Gunn დიოდების გამომავალი სიმძლავრე შეზღუდულია ელექტრული და თერმული პროცესებით. ამ უკანასკნელის გავლენა იწვევს მაქსიმალური სიმძლავრის დამოკიდებულებას სიხშირეზე ფორმაში, სადაც მუდმივი განისაზღვრება სტრუქტურის დასაშვები გადახურებით, მასალის თერმული მახასიათებლებით და ელექტრონული ეფექტურობით. და დიოდის სიმძლავრე. ელექტრული რეჟიმის შეზღუდვები განპირობებულია იმით, რომ მაღალი გამომავალი სიმძლავრის დროს რხევების ამპლიტუდა აღმოჩნდება დიოდზე მუდმივი ძაბვის შესაბამისი: .

დომენის რეჟიმებში ამიტომ შესაბამისად ჩვენ გვაქვს:

,

სადაც არის ექვივალენტური დატვირთვის წინააღმდეგობა, ხელახლა გამოითვლება დიოდური ტერმინალებით და ტოლია LPD-ის აქტიური უარყოფითი წინააღმდეგობის მოდულის.

ელექტრული ველის მაქსიმალური სიძლიერე დომენში მნიშვნელოვნად აღემატება ველის საშუალო მნიშვნელობას დიოდში, ამავდროულად ის უნდა იყოს ნაკლები ავარიის სიძლიერეზე, რომლის დროსაც ხდება მასალის ზვავის დაშლა (GaAs-ისთვის ). ჩვეულებრივ ელექტრული ველის დასაშვებ მნიშვნელობად ითვლება .

როგორც LPD-ების შემთხვევაში, შედარებით დაბალ სიხშირეებზე (სანტიმეტრის ტალღის სიგრძის დიაპაზონში), Gunn-ის დიოდების მაქსიმალური გამომავალი სიმძლავრე განისაზღვრება თერმული ეფექტებით. მილიმეტრიან დიაპაზონში დომენის რეჟიმებში მოქმედი დიოდების აქტიური რეგიონის სისქე ხდება მცირე და ჭარბობს ელექტრული შეზღუდვები. უწყვეტ რეჟიმში სამ სანტიმეტრის დიაპაზონში, 1-2 ვტ სიმძლავრის მიღება შესაძლებელია ერთი დიოდიდან 14%-მდე ეფექტურობით; 60-100 გჰც სიხშირეზე - 100 ვტ-მდე რამდენიმე პროცენტიანი ეფექტურობით. Gunn-ის დიოდური გენერატორები ხასიათდებიან მნიშვნელოვნად დაბალი სიხშირის ხმაურით, ვიდრე LPD გენერატორები.

ONOZ რეჟიმი ხასიათდება ელექტრული ველის ბევრად უფრო ერთგვაროვანი განაწილებით. გარდა ამისა, ამ რეჟიმში მოქმედი დიოდის სიგრძე შეიძლება იყოს მნიშვნელოვანი. ამრიგად, მიკროტალღური ძაბვის ამპლიტუდა დიოდზე ONOS რეჟიმში შეიძლება იყოს 1-2 ბრძანებით უფრო მაღალი, ვიდრე ძაბვა დომენის რეჟიმებში. ამრიგად, Gunn დიოდების გამომავალი სიმძლავრე ONOS რეჟიმში შეიძლება გაიზარდოს რამდენიმე რიგით დომენის რეჟიმებთან შედარებით. ONOZ რეჟიმისთვის თერმული შეზღუდვები წინა პლანზე მოდის. Gunn-ის დიოდები ONOS რეჟიმში მუშაობენ ყველაზე ხშირად პულსირებულ რეჟიმში მაღალი სამუშაო ციკლით და გამოიმუშავებენ ენერგიას რამდენიმე კილოვატამდე სანტიმეტრის ტალღის სიგრძის დიაპაზონში.

Gunn-ის დიოდებზე დაფუძნებული გენერატორების სიხშირე ძირითადად განისაზღვრება რხევითი სისტემის რეზონანსული სიხშირით, დიოდის ტევადობის გამტარობის გათვალისწინებით და შეიძლება დარეგულირდეს ფართო დიაპაზონში მექანიკური და ელექტრული მეთოდებით.

ტალღების გენერატორში (ნახ. 10, ა), Gunn-ის დიოდი 1 დამონტაჟებულია მართკუთხა ტალღოვანი ტალღის ფართო კედლებს შორის ლითონის ღეროს ბოლოს. მიკერძოებული ძაბვა მიეწოდება ჩოკის შეყვანის 2 საშუალებით, რომელიც დამზადებულია მეოთხედი ტალღის კოაქსიალური ხაზების სექციების სახით და ემსახურება მიკროტალღური რხევების შეღწევას დენის წყაროს წრეში. დაბალი Q რეზონატორი იქმნება ტალღის გამტარში დიოდის სამონტაჟო ელემენტებით. გენერატორის სიხშირე მორგებულია ვარაქტორული დიოდის 3-ის გამოყენებით, რომელიც მდებარეობს ნახევარტალღის მანძილზე და დამონტაჟებულია ტალღის გამტარში, ისევე როგორც Gunn დიოდს. ხშირად დიოდები შედის შემცირებული სიმაღლის ტალღაში, რომელიც დაკავშირებულია სტანდარტული განყოფილების გამომავალ ტალღურ გამტართან მეოთხედი ტალღის ტრანსფორმატორით.

სურ. 10. გენერატორების დიზაინი Gunn დიოდებზე დაფუძნებული:

ა-ტალღების გზამკვლევი; ბ-მიკროსტრიპი; c–YIG სფეროს მიერ სიხშირის რეგულირებით

მიკროზოლის დიზაინში (ნახ. 10, ბ), დიოდი 1 დაკავშირებულია ფუძესა და ზოლის გამტარს შორის. სიხშირის სტაბილიზაციისთვის, მაღალი ხარისხის დიელექტრიკული რეზონატორი 4 გამოიყენება დიელექტრიკისგან დამზადებული დისკის სახით, დაბალი დანაკარგებით და მაღალი მნიშვნელობით (მაგალითად, ბარიუმის ტიტანატი), რომელიც მდებარეობს სიგანის MPL ზოლის დირიჟორის მახლობლად. კონდენსატორი 5 ემსახურება დენის სქემების და მიკროტალღური ბილიკის განცალკევებას. მიწოდების ძაბვა მიეწოდება ინდუქტორის სქემით 2, რომელიც შედგება ორი მეოთხედი ტალღის MPL სექციისგან, სხვადასხვა ტალღის წინაღობით, და დაბალი წინააღმდეგობის ხაზი ღიაა. სიხშირის დადებითი ტემპერატურული კოეფიციენტის მქონე დიელექტრიკული რეზონატორების გამოყენება შესაძლებელს ხდის ტემპერატურის ცვლილებისას (~40 kHz/°C) მცირე სიხშირის ცვლის მქონე ოსილატორების შექმნას.

Gunn-ის დიოდებზე დაფუძნებული სიხშირით რეგულირებადი გენერატორები შეიძლება აშენდეს იტრიუმის რკინის ბროწეულის ერთკრისტალების გამოყენებით (ნახ. 10, გ). გენერატორის სიხშირე ამ შემთხვევაში იცვლება მაღალი ხარისხის რეზონატორის რეზონანსული სიხშირის რეგულირების გამო, რომელსაც აქვს მცირე დიამეტრის YIG სფეროს ფორმა, როდესაც იცვლება მაგნიტური ველი. მაქსიმალური რეგულირება მიიღწევა შეუფუთავ დიოდებში, რომლებსაც აქვთ მინიმალური რეაქტიული პარამეტრები. დიოდის მაღალი სიხშირის წრე შედგება მოკლე შემობრუნებისგან, რომელიც აკრავს YIG-სფეროს 6. დიოდური მიკროსქემის შეერთება დატვირთვის წრედთან ხორციელდება YIG-სფეროს და ორთოგონალურად განლაგებული შეერთების ბრუნებით უზრუნველყოფილი ურთიერთ ინდუქციურობის გამო. ასეთი გენერატორების ელექტრული რეგულირების დიაპაზონი, რომელიც ფართოდ გამოიყენება ავტომატურ საზომ მოწყობილობებში, აღწევს ოქტავას გამომავალი სიმძლავრით 10-20 მვტ.

გამაძლიერებლები Gunn დიოდებზე დაფუძნებული.

Gunn-ის დიოდებზე დაფუძნებული გამაძლიერებლების შემუშავება დიდ ინტერესს იწვევს, განსაკუთრებით მილიმეტრიანი ტალღის სიგრძის დიაპაზონისთვის, სადაც შეზღუდულია მიკროტალღური ტრანზისტორების გამოყენება. Gunn დიოდებზე დაფუძნებული გამაძლიერებლების შექმნისას მნიშვნელოვანი ამოცანაა მათი მუშაობის სტაბილურობის უზრუნველყოფა (დიოდის სტაბილიზაცია) და, უპირველეს ყოვლისა, მცირე სიგნალის დომენის ტიპის რხევების ჩახშობა. ამის მიღწევა შესაძლებელია დიოდის პარამეტრის შეზღუდვით, დიოდის გარე წრედით ჩატვირთვით, დიოდის დოპინგის პროფილის არჩევით, განივი კვეთის შემცირებით ან ნიმუშზე დიელექტრიკული ფირის გამოყენებით. როგორც გამაძლიერებლები, გამოიყენება როგორც პლანშეტური, ასევე მესასტრუქტურული დიოდები, რომლებსაც აქვთ უარყოფითი გამტარობა ზღურბლზე მაღლა ძაბვაზე, ფართო სიხშირის დიაპაზონში ფრენის სიხშირის მახლობლად და გამოიყენება როგორც რეგენერაციული ამრეკლავი გამაძლიერებლები ცირკულატორით შესასვლელში, ასევე უფრო რთული ფირის სტრუქტურები. რომლებიც იყენებენ ტალღის ზრდის სივრცის დამუხტვის ფენომენს NDC-ის მქონე მასალაში, რომელსაც ხშირად უწოდებენ თხელი ფენის მოგზაურობის ტალღის გამაძლიერებლებს (TWA).

ქვეკრიტიკულად დოპირებული დიოდებში ზე გაშვებული დომენის ფორმირება შეუძლებელია ზღვარს გადაჭარბებული ძაბვის დროსაც კი. როგორც გამოთვლები გვიჩვენებს, სუბკრიტიკულ დიოდებს ახასიათებთ უარყოფითი ექვივალენტური წინააღმდეგობა ფრენის სიხშირესთან ახლოს სიხშირეებზე, ზღურბლზე გადაჭარბებულ ძაბვაზე. მათი გამოყენება შესაძლებელია ამრეკლავ გამაძლიერებლებში. თუმცა, მათი დაბალი დინამიური დიაპაზონისა და გაზრდის გამო, ისინი შეზღუდული გამოყენებაა.

სტაბილური უარყოფითი გამტარობა ფართო სიხშირის დიაპაზონში, რომელიც აღწევს 40% -ს, რეალიზდება დიოდებში დიოდის მოკლე სიგრძეზე (~ 8–15 μm) და ძაბვაზე . დაბალ ძაბვაზე შეინიშნება გენერაცია, რომლის დაშლა ძაბვის მატებასთან ერთად შეიძლება აიხსნას მასალის NDC-ის შემცირებით მოწყობილობის ტემპერატურის გაზრდით.

ელექტრული ველის ერთგვაროვანი განაწილება დიოდის სიგრძეზე და სტაბილური გაძლიერება ფართო სიხშირის დიაპაზონში შეიძლება მიღებულ იქნას ნიმუშის არაერთგვაროვანი დოპინგის გამო (ნახ. 12, ა). თუ კათოდის მახლობლად არის ვიწრო მსუბუქად დოპირებული ფენა დაახლოებით 1 მკმ სიგრძის, მაშინ ის ზღუდავს ელექტრონების ინექციას კათოდიდან და იწვევს ელექტრული ველის მკვეთრ ზრდას. მინარევების კონცენტრაციის გაზრდა ნიმუშის სიგრძეზე ანოდისკენ დიაპაზონში დან მდე შესაძლებელს ხდის ელექტრული ველის ერთგვაროვნების მიღწევას. ამ პროფილის დიოდებში პროცესები ჩვეულებრივ გამოითვლება კომპიუტერზე.

სურ. 12. დოპინგ პროფილი (a) და ველის განაწილება (b) Gunn-ის დიოდში მაღალი წინააღმდეგობის კათოდური რეგიონით.

განხილული გამაძლიერებლების ტიპები ხასიათდება ფართო დინამიური დიაპაზონით, ეფექტურობით 2–3% და ხმაურის ფიგურა ~ 10 dB სანტიმეტრის ტალღის სიგრძის დიაპაზონში.

სურ. 13. GaAs თხელი ფენით მოძრავი ტალღის გამაძლიერებლის დიაგრამა გრძივი დრიფტით

გამაძლიერებლის მუშაობისთვის აუცილებელია მოწყობილობის სიგრძის გასწვრივ ფირის და ელექტრული ველის ერთგვაროვნების უზრუნველყოფა. BW მიკერძოებული ძაბვა დევს GaAs NDC რეგიონში, ე.ი . ამ შემთხვევაში, სივრცის მუხტის ტალღა იზრდება ფილმის გასწვრივ გადაადგილებისას. ელექტრული ველის სტაბილური, ერთგვაროვანი განაწილება მიიღწევა UWV-ში მცირე სისქის ფირის გამოყენებით და GaAs ფირის დაფარვით დიდი მნიშვნელობის დიელექტრიკით.

ელექტრონის მოძრაობის ძირითადი განტოლებების გამოყენება ერთგანზომილებიანი შემთხვევისთვის (1), (3), (4) და მცირე სიგნალის რეჟიმისთვის, როდესაც კონვექციის დენის მუდმივი კომპონენტები, ელექტრული ველის სიძლიერე და მუხტის სიმკვრივე გაცილებით მეტია, ვიდრე ცვლადი კომპონენტების ამპლიტუდა (), იწვევს მუდმივი გავრცელების დისპერსიულ განტოლებას, რომელსაც აქვს გამოსავალი ორი ტალღის სახით.

ერთ-ერთი მათგანი არის პირდაპირი ტალღა, რომელიც ვრცელდება ფილმის გასწვრივ კათოდიდან ანოდამდე ფაზური სიჩქარით და აქვს ამპლიტუდა, რომელიც იცვლება კანონის მიხედვით:

სად არის ელექტრონების მოძრაობის დრო მოწყობილობის შეყვანიდან. ODP რეგიონში მუშაობისას პირდაპირი ტალღაც იზრდება. მეორე ტალღა საპირისპიროა, ვრცელდება ანოდიდან კათოდამდე და მცირდება ამპლიტუდაში როგორც . GaAs-ის დიფუზიის კოეფიციენტი არის ამიტომ საპირისპირო ტალღა სწრაფად იშლება. (9)-დან მოწყობილობის მომატება არის (dB)

(10)

შეაფასეთ (10)-ით და იძლევა 0,3–3 dB/μm რიგის მომატებას. გასათვალისწინებელია, რომ გამოთქმა (10) არსებითად ხარისხობრივია. მისი პირდაპირი გამოყენება კოსმოსური მუხტის მზარდი ტალღების გამოსათვლელად შეიძლება გამოიწვიოს შეცდომები მცირე ფირის სისქის სასაზღვრო პირობების ძლიერი გავლენის გამო, რადგან პრობლემა უნდა განიხილებოდეს როგორც ორგანზომილებიანი. ასევე მხედველობაში უნდა იქნას მიღებული ელექტრონის დიფუზია, რაც ზღუდავს სიხშირის დიაპაზონს, რომელზედაც შესაძლებელია გაძლიერება. გამოთვლები ადასტურებს UWV-ში ~0,5–1 dB/μm მომატების მიღების შესაძლებლობას 10 გჰც ან მეტი სიხშირეზე. ასეთი მოწყობილობები ასევე შეიძლება გამოყენებულ იქნას როგორც კონტროლირებადი ფაზის გადამრთველი და მიკროტალღური დაყოვნების ხაზები.

[ლ]. ბერეზინი და სხვ. მიკროტალღური მოწყობილობები. – M. უმაღლესი სკოლა 1985 წ.

განტოლებების (1) განხილვა EM ვექტორული პოტენციალის ველისთვის მათი მოდიფიცირების მიზნით, რადგან ახალი განტოლებები შესაძლებელს გახდის თანმიმდევრულად აღწეროს ელექტროდინამიკური ველების არათერმული მოქმედების პროცესები მატერიალურ მედიაში: ელექტრო და მაგნიტურ საშუალო პოლარიზაცია, EM იმპულსის კუთხური იმპულსის გადატანა მასზე. EM ველის კომპონენტებსა და EM ვექტორული პოტენციალის ველს შორის პირველადი ურთიერთობის პირველადი ურთიერთობები...

ელექტრომომარაგების პოლარობები ნახაზი 3.4-ზე და დენების მიმართულებები p-n-p ტრანზისტორისთვის. n-p-n ტრანზისტორის შემთხვევაში, ძაბვის პოლარობები და დენის მიმართულებები შებრუნებულია. სურათი 3.4 ფიზიკური პროცესები BT-ში. ეს ოპერაციული რეჟიმი (NAR) არის მთავარი და განსაზღვრავს ტრანზისტორი ელემენტების დანიშნულებასა და სახელს. ემიტერის შეერთება ატარებს მატარებლებს ვიწრო ...

ისინი დაკავშირებულია მეორად მოწყობილობებთან თერმოელექტრული მავთულის გამოყენებით, რომლებიც, როგორც იქნა, აგრძელებენ თერმოელექტროდებს. მეორადი მოწყობილობები, რომლებიც მუშაობენ თერმოელექტრო გადამყვანებთან ერთად, არის მაგნიტოელექტრული მილივოლტმეტრი და პოტენციომეტრები. მაგნიტოელექტრული მილივოლტმეტრის მოქმედება ეფუძნება გამტარის მიერ წარმოქმნილი ჩარჩოს ურთიერთქმედებას, რომლის მეშვეობითაც დენი მიედინება...

Ტემპერატურის კონტროლი; გერმანიუმის და სილიკონის ბრტყელი დიოდები. თეორიული კვების ცოდნა, რომელიც აუცილებელია ლაბორატორიული მუშაობისთვის: 1. ფიზიკური პროცესები, რომლებიც წარმოიქმნება გამტარების სხვადასხვა ტიპის გამტარობასთან შეხების შედეგად. 2. ელექტრონულ-დასაწერი გადასვლა თანაბარ სადგურზე. ენერგიის დიაგრამა. 3. მუხტის ინექცია და ამოღება. 4. ვოლტ ამპერის მახასიათებელი (...

თქვენი კარგი სამუშაოს გაგზავნა ცოდნის ბაზაში მარტივია. გამოიყენეთ ქვემოთ მოცემული ფორმა

სტუდენტები, კურსდამთავრებულები, ახალგაზრდა მეცნიერები, რომლებიც იყენებენ ცოდნის ბაზას სწავლასა და მუშაობაში, ძალიან მადლობლები იქნებიან თქვენი.

გამოქვეყნდა http://www.allbest.ru//

გამოქვეყნდა http://www.allbest.ru//

შესავალი

მიკროელექტრონიკის წარმოშობა და განვითარება, როგორც ახალი სამეცნიერო და ტექნიკური მიმართულება, რომელიც უზრუნველყოფს რთული რადიოელექტრონული აღჭურვილობის (REA) შექმნას, პირდაპირ კავშირშია 60-იანი წლების დასაწყისში წარმოქმნილ კრიზისულ სიტუაციასთან, როდესაც დისკრეტული ელემენტებიდან REA-ს წარმოების ტრადიციული მეთოდები. მათი თანმიმდევრული შეკრება ვერ უზრუნველყოფდა REA-ს საჭირო საიმედოობას, ეფექტურობას, ენერგიის მოხმარებას, წარმოების დროს და მისაღებ ზომებს.

მიუხედავად მისი არსებობის ხანმოკლე პერიოდისა, მიკროელექტრონიკის ურთიერთდაკავშირებამ მეცნიერებისა და ტექნოლოგიების სხვა სფეროებთან უზრუნველყო ამ ინდუსტრიის განვითარების უჩვეულოდ მაღალი ტემპები და მნიშვნელოვნად შეამცირა ახალი იდეების ინდუსტრიული განხორციელების დრო. ამას ასევე შეუწყო ხელი უნიკალური უკუკავშირის გაჩენამ ინტეგრირებული სქემების შემუშავებას, რომლებიც წარმოების და მართვის ავტომატიზაციის საფუძველს წარმოადგენს, და ამ განვითარებათა გამოყენებას ინტეგრირებული სქემების დიზაინის, წარმოებისა და ტესტირების პროცესის ავტომატიზაციისთვის.

მიკროელექტრონიკის განვითარებამ ფუნდამენტური ცვლილებები შეიტანა ელექტრონული მოწყობილობების დიზაინის პრინციპებში და გამოიწვია კომპლექსური ინტეგრაციის გამოყენება, რომელიც შედგება:

სტრუქტურული ან მიკროსქემის ინტეგრაცია (ანუ მიკროსქემის ფუნქციების ინტეგრაცია ერთი სტრუქტურული ერთეულის ფარგლებში); ასობით და ათასობით კომპონენტის რიგის ინტეგრაციის ხარისხით, სისტემების კომპონენტებად, მოწყობილობებად, ქვესისტემებად და ბლოკებად დაყოფის არსებული მეთოდები, აგრეთვე კომპონენტების, მოწყობილობებისა და ქვესისტემების განვითარების კოორდინაციის ფორმები არაეფექტური ხდება; ამავდროულად, სიმძიმის ცენტრი გადადის მიკროსქემის ზონაში, რაც მოითხოვს ელექტრონული სისტემების დანერგვის მეთოდების რადიკალურ რესტრუქტურიზაციას სუპერმოდულურ დონეზე აღჭურვილობის მშენებლობით;

1. წვრილი ფირის ტექნოლოგიის როლი ინტეგრირებული სქემების წარმოებაში

ინტეგრირებული ელექტრონიკა ვითარდება არა როგორც ახალი ან ცალკეული ტექნოლოგიის სფერო, არამედ მრავალი ტექნოლოგიური ტექნიკის განზოგადებით, რომლებიც ადრე გამოიყენებოდა დისკრეტული ნახევარგამტარული მოწყობილობების წარმოებაში და ზედა დაფარული ფირის საფარების წარმოებაში. ამის შესაბამისად, ინტეგრირებულ ელექტრონიკაში გამოვლინდა ორი ძირითადი მიმართულება: ნახევარგამტარული და თხელი ფენა.

ინტეგრირებული მიკროსქემის შექმნა ერთ მონოკრისტალურ ნახევარგამტარულ (ჯერჯერობით მხოლოდ სილიკონის) ვაფლზე არის გასული ათწლეულების განმავლობაში შემუშავებული ნახევარგამტარული მოწყობილობების შექმნის ტექნოლოგიური პრინციპების ბუნებრივი განვითარება, რომლებმაც, როგორც ცნობილია, დაამტკიცა თავი ექსპლუატაციაში.

ინტეგრირებული ელექტრონიკის თხელი ფენის მიმართულება ემყარება სხვადასხვა მასალის ფირის თანმიმდევრულ ზრდას საერთო ბაზაზე (სუბსტრატზე) მიკრო ნაწილების (რეზისტორები, კონდენსატორები, საკონტაქტო ბალიშები და ა.შ.) და წრიული კავშირების ერთდროულად წარმოქმნით. ეს ფილმები.

შედარებით ცოტა ხნის წინ, ნახევარგამტარული (მყარი) და თხელფილიანი ჰიბრიდული IC-ები განიხილებოდა, როგორც კონკურენტი მიმართულებები ინტეგრირებული ელექტრონიკის განვითარებაში. ბოლო წლებში აშკარა გახდა, რომ ეს ორი მიმართულება სულაც არ არის ექსკლუზიური, არამედ, პირიქით, ავსებენ და ამდიდრებენ ერთმანეთს. უფრო მეტიც, დღემდე, ერთი ტიპის ტექნოლოგიის გამოყენებით ინტეგრირებული სქემები არ შექმნილა (და, როგორც ჩანს, ამის საჭიროება არ არის). მონოლითური სილიკონის სქემებიც კი, რომლებიც ძირითადად წარმოებულია ნახევარგამტარული ტექნოლოგიის გამოყენებით, ერთდროულად იყენებენ მეთოდებს, როგორიცაა ალუმინის და სხვა ლითონების ფირის ვაკუუმური დეპონირება, წრიული კავშირების წარმოებისთვის, ანუ ისეთ მეთოდებს, რომლებზეც დაფუძნებულია თხელი ფირის ტექნოლოგია.

თხელი ფილმის ტექნოლოგიის დიდი უპირატესობა მისი მოქნილობაა, რაც გამოიხატება ოპტიმალური პარამეტრების და მახასიათებლების მქონე მასალების შერჩევის და პასიური ელემენტების ნებისმიერი საჭირო კონფიგურაციისა და პარამეტრის მიღების უნარში. ამ შემთხვევაში, ტოლერანტობა, რომლითაც შენარჩუნებულია ელემენტების ინდივიდუალური პარამეტრები, შეიძლება გაიზარდოს 1-2% -მდე. ეს უპირატესობა განსაკუთრებით ეფექტურია იმ შემთხვევებში, როდესაც რეიტინგების ზუსტი მნიშვნელობა და პასიური კომპონენტების პარამეტრების სტაბილურობა კრიტიკულია (მაგალითად, ხაზოვანი სქემების, რეზისტენტული და RC სქემების წარმოებაში, ზოგიერთი ტიპის ფილტრები, ფაზა მგრძნობიარე და შერჩევითი სქემები, გენერატორები და ა.შ.).

როგორც ნახევარგამტარული, ისე თხელი ფირის ტექნოლოგიის უწყვეტი განვითარებისა და გაუმჯობესების გამო, ასევე IC–ების მზარდი სირთულის გამო, რაც აისახება კომპონენტების რაოდენობისა და მათი ფუნქციების სირთულის ზრდაში, მოსალოდნელია, რომ უახლოეს მომავალში მომავალში იქნება ტექნოლოგიური მეთოდებისა და ტექნიკის ინტეგრაციის პროცესი და ყველაზე რთული IC-ები დამზადდება კონვერგირებული ტექნოლოგიის გამოყენებით. ამ შემთხვევაში შესაძლებელია ისეთი პარამეტრების და IC-ის ისეთი სანდოობის მიღება, რომლის მიღწევაც შეუძლებელია თითოეული ტიპის ტექნოლოგიის გამოყენებით ცალკე. მაგალითად, ნახევარგამტარული IC-ის დამზადებისას ყველა ელემენტი (პასიური და აქტიური) შესრულებულია ერთ ტექნოლოგიურ პროცესში, ამიტომ ელემენტების პარამეტრები ურთიერთდაკავშირებულია. აქტიური ელემენტები გადამწყვეტია, რადგან, როგორც წესი, ტრანზისტორის ბაზის-კოლექტორის შეერთება გამოიყენება როგორც კონდენსატორი, ხოლო ტრანზისტორის ბაზის შექმნის შედეგად მიღებული დიფუზიის რეგიონი გამოიყენება რეზისტორად. შეუძლებელია ერთი ელემენტის პარამეტრების ოპტიმიზაცია სხვების მახასიათებლების ერთდროულად შეცვლის გარეშე. აქტიური ელემენტების მახასიათებლების გათვალისწინებით, პასიური ელემენტების რეიტინგები შეიძლება შეიცვალოს მხოლოდ მათი ზომის შეცვლით.

კომბინირებული ტექნოლოგიის გამოყენებისას, აქტიური ელემენტები ყველაზე ხშირად იწარმოება სილიკონის ვაფლის გეგმური ტექნოლოგიის გამოყენებით, ხოლო პასიური ელემენტები იწარმოება თხელი ფილმის ტექნოლოგიის გამოყენებით დაჟანგული ელემენტ-ელემენტზე (რეზისტორები და ზოგჯერ კონდენსატორები) - იგივე სილიკონის ვაფლის ზედაპირი. . ამასთან, IC– ის აქტიური და პასიური ნაწილების წარმოების პროცესები დროულად არის გამიჯნული. ამრიგად, პასიური ელემენტების მახასიათებლები დიდწილად დამოუკიდებელია და განისაზღვრება მასალის არჩევანით, ფირის სისქით და გეომეტრიით. იმის გამო, რომ ჰიბრიდული IC-ის ტრანზისტორები განლაგებულია სუბსტრატის შიგნით, ასეთი მიკროსქემის ზომა შეიძლება მნიშვნელოვნად შემცირდეს ჰიბრიდულ IC-ებთან შედარებით, რომლებიც იყენებენ დისკრეტულ აქტიურ ელემენტებს, რომლებიც იკავებენ შედარებით დიდ ადგილს სუბსტრატზე.

კომბინირებული ტექნოლოგიის გამოყენებით დამზადებულ სქემებს არაერთი უდავო უპირატესობა აქვთ. მაგალითად, ამ შემთხვევაში შესაძლებელია მცირე ფართობზე დიდი მნიშვნელობის და წინააღმდეგობის მცირე ტემპერატურული კოეფიციენტის მქონე რეზისტორების მიღება, რომლებსაც აქვთ ძალიან ვიწრო სიგანე და მაღალი ზედაპირის წინააღმდეგობა. რეზისტორების წარმოების დროს დეპონირების სიჩქარის კონტროლი საშუალებას იძლევა მათი დამზადება ძალიან მაღალი სიზუსტით. ფირის დეპონირების შედეგად მიღებულ რეზისტორებს არ ახასიათებთ გაჟონვის დენები სუბსტრატის მეშვეობით, თუნდაც მაღალ ტემპერატურაზე, ხოლო სუბსტრატის შედარებით მაღალი თბოგამტარობა ხელს უშლის სქემებში მომატებული ტემპერატურის მქონე უბნების გაჩენის შესაძლებლობას.

წვრილი ფირები, ეპიტაქსიალურ-პლანტარული ტექნოლოგიის გამოყენებით IC-ების წარმოების გარდა, ფართოდ გამოიყენება ჰიბრიდული IC-ების წარმოებაში, ასევე ახალი ტიპის მიკროელექტრონული მოწყობილობების წარმოებაში (დამუხტვასთან დაკავშირებული მოწყობილობები, კრიოტრონის დამტენები ჯოზეფსონის საფუძველზე. ეფექტი, დამტენები ცილინდრულ მაგნიტურ დომენებზე და ა.შ.).

2. ნახევარგამტარული მოწყობილობებისა და ინტეგრირებული სქემების თხელფენიანი მეტალიზაცია

ნახევარგამტარული მოწყობილობების და IC-ების წარმოებაში ომური კონტაქტების სილიკონის, ურთიერთდაკავშირებისა და საკონტაქტო ბალიშების, აგრეთვე MOS სტრუქტურების კარიბჭის ელექტროდების წარმოებისთვის, ალუმინის ფილმები ფართოდ გავრცელდა ამ ლითონის შემდეგი უპირატესობების გამო:

ალ-ის დაბალი ღირებულება და ერთი ლითონის გამოყენების შესაძლებლობა ყველა მეტალიზაციის პროცესისთვის, რაც მნიშვნელოვნად ამარტივებს და ამცირებს ტექნოლოგიის ღირებულებას და ხელს უშლის გალვანური ეფექტების წარმოქმნას;

Al ფილმების მაღალი ელექტროგამტარობა, ნაყარი მასალის ელექტრულ გამტარობასთან ახლოს; ალ-ის ვაკუუმში აორთქლების სიმარტივე ვოლფრამის ჭურჭელიდან და ელექტრონული სხივის ამაორთქლებლად;

A1-ის მაღალი ადჰეზია სილიციუმთან და მის ოქსიდებთან; Al-ის დაბალი წინააღმდეგობის შეხება სილიციუმთან და n ტიპის გამტარობასთან;

სილიციუმის შესამჩნევი ხსნადობა Al-ში მყარი ხსნარის წარმოქმნით, რომელიც თითქმის არ ამცირებს ელექტროგამტარობას;

Al-Si სისტემაში ქიმიური ნაერთების არარსებობა;

A1-ის ქიმიური ურთიერთქმედება Si02-თან, ნაწილობრივ დარჩენილი კონტაქტურ ბალიშებზე; ქიმიური წინააღმდეგობა A1 ჟანგვის გარემოში და რადიაციის წინააღმდეგობა;

ფოტოლითოგრაფიული ოპერაციების გამარტივება გამტარი ტრასების კონფიგურაციის მისაღებად ეტკანტების გამოყენებით, რომლებიც არ რეაგირებენ სილიციუმთან და სილიციუმის დიოქსიდთან; კარგი Al ductility და წინააღმდეგობა ციკლური ტემპერატურის ცვლილებები.

დეპონირებული Al ფილმების მარცვლის ზომა მნიშვნელოვნად არის დამოკიდებული აორთქლების სიჩქარეზე და სუბსტრატების ტემპერატურაზე. რაც უფრო დიდია მარცვლეულის ზომა და რაც უფრო სრულყოფილია ფილმის კრისტალური სტრუქტურა, მით უფრო დაბალია მისი წინაღობა, მით ნაკლებია ელექტრომიგრაციის ეფექტი და, შედეგად, დენის გადამტან ბილიკებსა და ომურ კონტაქტებს აქვს უფრო ხანგრძლივი მომსახურების ვადა. Al-ის ფილმების ორიენტირებული ზრდა არაოქსიდირებული სილიციუმის ზედაპირებზე (111) სიბრტყეში შეინიშნება დეპონირების სიჩქარეზე დაახლოებით 3 * 10-2 μm * s-1 და სუბსტრატის ტემპერატურა 200--250°C.

ფილმის ასეთი მაღალი დეპონირების სიჩქარის მისაღებად, ყველაზე ხშირად გამოიყენება ელექტრონული სხივის აორთქლება. ამ შემთხვევაში, ფილმების კრისტალური სტრუქტურის სრულყოფილების ხარისხი შეიძლება უკონტროლოდ შეიცვალოს სუბსტრატების დამატებითი რადიაციული გათბობის გამო, რომლის სიდიდე დამოკიდებულია როგორც აორთქლების სიმძლავრეზე, ასევე სუბსტრატის მასალაზე და სისქეზე. დეპონირებული ფილმი. ფილმის სტრუქტურაში უკონტროლო ცვლილებები ასევე წარმოიქმნება დამუხტული ნაწილაკების არსებობის გამო აორთქლებული Al-ის ორთქლის მოლეკულურ სხივში. რაც უფრო მაღალია კათოდური ემისიის დენი და რაც უფრო მაღალია აორთქლების სიჩქარე, მით უფრო მაღალია დამუხტული ნაწილაკების კონცენტრაცია.

სუფთა Al ფილმების ერთ-ერთი მნიშვნელოვანი მინუსი არის მატერიის გადატანა ელექტროდიფუზიის შედეგად (მატერიალური იონების გადაადგილება გამტარის გასწვრივ, არის თუ არა პოტენციური განსხვავება ამ უკანასკნელის ბოლოებში). იონის მოძრაობის სიჩქარე დამოკიდებულია ტემპერატურაზე და იზრდება ტემპერატურასთან ერთად. ელექტროდიფუზიის გარდა, ლითონის ატომების დიფუზია შესაძლებელია გამტარის ბოლოებში ტემპერატურის სხვაობის შედეგად. თუ Al დეპონირდება სილიციუმის ოქსიდზე, ეს იწვევს სითბოს ცუდ გაფრქვევას, გამტარ ბილიკებზე "ცხელი" ცენტრების გამოჩენას და, შედეგად, ტემპერატურის მნიშვნელოვან გრადიენტებს. Al-ის ელექტრომიგრაცია სხვა ლითონებთან შედარებით დაბალი დენის სიმკვრივით იწვევს ფილმში სიცარიელის გაჩენას (კირკენდალის ეფექტი).

ვინაიდან ელექტროდიფუზია არის აქტივაციის პროცესი, ის მნიშვნელოვნად არის დამოკიდებული მარცვლის სასაზღვრო ზედაპირის მდგომარეობაზე. საზღვრების მოცულობის შემცირება მარცვლეულის ზომის გაზრდით და დამცავი საფარის მასალის შერჩევით შეიძლება მნიშვნელოვნად გაზარდოს აქტივაციის ენერგია და, შედეგად, დრო წარუმატებლობას შორის. წარუმატებლობას შორის დროის მნიშვნელოვანი ზრდა შეიძლება მიღწეული იყოს სპილენძის, მაგნიუმის, ქრომის და ალუმინის ოქსიდის მინარევების ალუმინის დამატებით.

A1 ფილმის წასმის და დენის მატარებელი ტრასების საჭირო კონფიგურაციის მიღების შემდეგ, A1 ერწყმის სილიკონს 500-550°C ტემპერატურაზე დაბალი წინააღმდეგობის კონტაქტის მისაღებად. ჭარბი სილიციუმის მიგრაცია საკონტაქტო სუბსტრატების მიმდებარე მიმდინარე ბილიკებზე იწვევს A1 პილინგის და IC-ის უკმარისობას. ამის თავიდან ასაცილებლად აუცილებელია მასში დაახლოებით 2 wt შეყვანა, როდესაც A1 აორთქლდება. % სილიკონი. სილიკონის დამატება კონტაქტურ ბალიშებზე A1-დან ამცირებს სილიციუმის მიგრაციას ზედაპირული ემიტერის ფენიდან (დაახლოებით 1 μm), რაც მნიშვნელოვნად ზრდის IC-ის მუშაობას ბიპოლარულ ტრანზისტორებზე და ხელს უშლის IC-ში ზედაპირული ემიტერის შეერთების მოკლე ჩართვას. . A1 ფილმში სილიკონის მიგრაციის თავიდან ასაცილებლად, ტიტანის ფილმი შეიძლება გამოყენებულ იქნას როგორც შუალედური ფენა. სწრაფი მოქმედების IC-ებში ტიტანის ქვეფენით ომური კონტაქტების შექმნის მეთოდის გამოყენებამ შესაძლებელი გახადა 20-ჯერ გაზრდილიყო ავარიებს შორის დრო. ტიტანის გარდა, პლატინის ან პალადიუმის ქვედა ფენა შეიძლება გამოყენებულ იქნას პლატინის სილიციდის ან პალადიუმის სილიციდის შესაქმნელად.

ადრე ჩამოთვლილ უპირატესობებთან ერთად, ალუმინის მეტალიზაციას აქვს მთელი რიგი მნიშვნელოვანი უარყოფითი მხარეები, რომელთაგან ყველაზე მნიშვნელოვანია შემდეგი:

A1 ატომების დაბალი აქტივაციის ენერგია, რაც იწვევს ელექტრომიგრაციას დენის სიმკვრივით დაახლოებით 106 A/cm2 და ამაღლებულ ტემპერატურაზე, რის შედეგადაც ჩნდება სიცარიელეები ფილმებში;

დიელექტრიკის მეშვეობით მოკლე ჩართვის შესაძლებლობა მრავალდონიანი მეტალიზების სისტემებში ელექტრომიგრაციის და A1-ის რეკრისტალიზაციის შედეგად ნაფურზე მკვეთრი გამონაზარდების წარმოქმნის გამო;

Al-ის გალვანური კოროზიის საფრთხე სხვა ლითონების ერთდროულად გამოყენებისას; A1-ის მაღალი დიფუზიის სიჩქარე მარცვლეულის საზღვრებთან, რაც არ იძლევა A1 მეტალიზაციის მქონე მოწყობილობების გამოყენებას 500°C-ზე მაღალ ტემპერატურაზე;

A1-ის ინტენსიური ქიმიური ურთიერთქმედება სილიციუმის დიოქსიდთან დაახლოებით 500°C ტემპერატურაზე;

დაბალი დნობის წერტილი ალუმინის-სილიციუმის სისტემების ევტექტიკაში არის დაახლოებით 577°C;

დიდი განსხვავება (6-ჯერ) თერმული გაფართოების კოეფიციენტებს შორის A1 და 51;

A1-ის სირბილე და, შესაბამისად, ფილმების დაბალი მექანიკური სიმტკიცე;

მილების შეერთების შეუძლებლობა შედუღებით;

მაღალი ბარიერის ძაბვა MOS სტრუქტურებში მაღალი სამუშაო ფუნქციის გამო.

ჩამოთვლილი მინუსების გამო ალუმინის მეტალიზაცია არ გამოიყენება IC-ებში და ტრანზისტორებში მცირე ემიტერული შეერთებით, ასევე MIS IC-ებში ... კარიბჭის ელექტროდების შესაქმნელად. ამ მიზნით გამოიყენება სხვადასხვა ლითონისგან დამზადებული ერთფენიანი და მრავალშრიანი სისტემები (მათ შორის A1 ზედა ფენისთვის). ყველაზე შესაფერისი მასალებია ვოლფრამი და მოლიბდენი. კერძოდ, ვოლფრამი აქვს თითქმის იგივე TCR, როგორც სილიციუმი, კარგი ომური კონტაქტი სილიციუმის და n-ტიპის გამტარობასთან, მცირე (2,5-ჯერ) განსხვავება ალუმინისგან ელექტროგამტარობაში, ყველა ლითონს შორის ყველაზე მაღალი აქტივაციის ენერგია თვითდიფუზიის დროს, მაღალი. ევტექტიკის ტემპერატურული დნობა სილიციუმთან, ქიმიური ინერტულობა ჰაერში და ჰიდროფლუორმჟავას წყალხსნარში, ასევე მაღალი სიხისტე, რაც გამორიცხავს ფილაზე ნაკაწრების შესაძლებლობას.

W-ის მაღალი ტემპერატურული წინააღმდეგობის გამო, ის შეიძლება გამოყენებულ იქნას მრავალშრიანი მეტალიზებისთვის სილიციუმის დიოქსიდის ფენების მონაცვლეობით W-ით. თერმული დამუშავების დროს ფირის ზედაპირზე არ წარმოიქმნება ბორცვები და არ არსებობს მოკლე ჩართვის საშიშროება. დენის მატარებელი ბილიკები მრავალშრიანი მეტალიზაციისას. გარდა ამისა, W ფილმები (ისევე როგორც Mo ფილმები) წარმოადგენს მეტალურგიულ ბარიერს, რომელიც ხელს უშლის სილიციუმის და ალუმინის ინტერკრისტალური სტრუქტურის წარმოქმნას.

W მეტალიზაციის მინუსი არის ფილმების მიღების სირთულე (რისთვისაც ჩვეულებრივ გამოიყენება ვოლფრამის ჰექსოფტორიდის პიროლიზი) და მათი ამოკვეთა (ფეროციანიდის ტუტე ხსნარში). ორივე ეს პროცესი რთულია და მოიცავს ტოქსიკურ ნივთიერებებს. გარდა ამისა, შეუძლებელია გარე მილების დაკავშირება პირდაპირ ვოლფრამთან, ამიტომ სხვა ლითონი (Pt, Ni, Au, Cu, Al და ა.შ.) გამოიყენება მის თავზე საკონტაქტო ბალიშებზე.

მიკროტალღური IC-ების, სპეციალური დანიშნულების IC-ების წარმოებაში, ასევე ჰიბრიდულ ტექნოლოგიაში გამოიყენება მეტალიზაცია, რომელიც შედგება თხელი ლითონების რამდენიმე ფენისგან. ამ შემთხვევაში, ჩვეულებრივ, ლითონის პირველ (ქვედა) ფენას უნდა ჰქონდეს მაღალი ადჰეზია როგორც სილიციუმის, ასევე სილიციუმის დიოქსიდის მიმართ და ამავე დროს ჰქონდეს დაბალი ხსნადობა და დიფუზიის კოეფიციენტები ამ მასალებში. ამ მოთხოვნებს აკმაყოფილებს ლითონები, როგორიცაა ქრომი, ტიტანი, მოლიბდენი და პლატინის სილიციდი. ორფენიანი მეტალიზებით, ლითონის მეორე (ზედა) ფენას უნდა ჰქონდეს მაღალი ელექტრული გამტარობა და უზრუნველყოს მავთულის შედუღება მასში. თუმცა, ზოგიერთ სისტემაში (როგორიცაა Cr-Au, Ti-Au ან Cr-Cu) კონტაქტები

თერმული დამუშავების დროს ისინი კარგავენ მექანიკურ სიმტკიცეს მათ საზღვრებში მეტალთაშორისი ნაერთების წარმოქმნის შედეგად. გარდა ამისა, ზედმეტად დაფარული ლითონი ქვემო ფენის მეშვეობით დიფუზირდება სილიციუმში, რაც ამცირებს სახსრის მექანიკურ სიმტკიცეს და ცვლის კონტაქტურ წინააღმდეგობას. ამ ფენომენის აღმოსაფხვრელად ჩვეულებრივ გამოიყენება ლითონის მესამე ფენა, რომელიც წარმოადგენს ბარიერს, რომელიც ხელს უშლის ზედა მეტალიზაციის ფენის სილიკონთან ურთიერთქმედებას. მაგალითად, სამმაგი სისტემა Tt-Pl-Au, რომელიც გამოიყენება სხივის ტერმინალების წარმოებაში, ფენა

ბრინჯი. 1. A1-A1rOz-A1 სისტემაში ორდონიანი მეტალიზაციის წარმოების პროცესის სქემა. მიკროელექტრონიკა ინტეგრირებული თხელი ფილმი

a-- სილიციუმის ოქსიდის სქელი და თხელი ფენების გამოყენება მეტალიზებამდე (გამოსახულია ომური კონტაქტის არე); ბ - ალუმინის გამოყენება, პირველი დონის ფორმირება; გ -- ლითონის პირველი დონის ფოტოგრავაცია; d - მეტალიზაციის პირველი დონის ანოდირება ფოტორეზისტი ნიღბით - მეორე დონის ალუმინის გამოყენება;

Pt დაახლოებით 5X10-2 მკმ სისქით წარმოადგენს ბარიერს A1-ის S1-ში დიფუზიის წინააღმდეგ. გარდა ამისა, MIS IC-ებში სხივის ტერმინალებისთვის გამოიყენება Cr-Ag-Au, Cr-Ag-Pt, Pd-Ag-Au სისტემები, რომლებშიც ვერცხლის ფილმი ასრულებს ბარიერის როლს. ჰიბრიდული IC და ზოლიანი მიკროტალღური IC ხაზებისთვის გამოიყენება Cr-Cu და Cr-Cu-Cr სისტემები.

ჩიპზე ელემენტების სიმკვრივის გაზრდა მოითხოვდა მრავალ დონის მეტალიზაციის გამოყენებას. ნახ. სურათი 1 გვიჩვენებს A1-A1203-A1 სისტემაში ორდონიანი მეტალიზაციის წარმოების თანმიმდევრობას, რომელიც გამოიყენება დამუხტულ მოწყობილობებში.

მრავალდონიანი მეტალიზებისთვის შედარებით ახალი საიზოლაციო მასალაა პოლიიმიდი, რომლითაც მიიღება LSI-ების ხუთდონიანი მეტალიზაცია MOS ტრანზისტორებზე.

3. თხელი ფენების თვისებებზე მოქმედი ფაქტორები

სუბსტრატზე ერთი ნივთიერების ზრდა სხვა ნივთიერებისგან ძალიან რთული პროცესია, რაც დამოკიდებულია რთულად საკონტროლო პარამეტრებზე: სუბსტრატის სტრუქტურა, მისი ზედაპირის მდგომარეობა, ტემპერატურა, აორთქლებული ნივთიერების თვისებები. და მისი დეპონირების სიჩქარე, აორთქლების მასალა და დიზაინი, ვაკუუმის ხარისხი, ნარჩენი გარემოს შემადგენლობა და მრავალი სხვა. მაგიდაზე სურათი 1 გვიჩვენებს კავშირი ფილმების თვისებებსა და მათი დეპონირების პირობებს შორის.

დეპონირების სპეციფიკური პირობებიდან გამომდინარე, ერთი და იმავე ნივთიერების ფილმებს შეიძლება ჰქონდეთ შემდეგი ძირითადი სტრუქტურული მახასიათებლები: ამორფული სტრუქტურა, რომელიც ხასიათდება ბროლის გისოსის არარსებობით; კოლოიდური (წვრილმარცვლოვანი) სტრუქტურა, რომელიც ხასიათდება ძალიან მცირე კრისტალების არსებობით (10~2 μm-ზე ნაკლები); მარცვლოვანი (მსხვილმარცვლოვანი) სტრუქტურა დიდი კრისტალებით (10-1 მკმ ან მეტი); მონოკრისტალური სტრუქტურა, როდესაც მთელი ფილმი არის მოცემული მასალის ატომების უწყვეტი კრისტალური ბადე.

4.სუბსტრატები

სუბსტრატების დასამზადებლად გამოყენებულ მასალას უნდა ჰქონდეს ერთგვაროვანი შემადგენლობა, გლუვი ზედაპირი (დასრულების ხარისხით 12-14), ჰქონდეს მაღალი ელექტრული და მექანიკური სიმტკიცე, იყოს ქიმიურად ინერტული, ჰქონდეს მაღალი სითბოს წინააღმდეგობა და თბოგამტარობა, თერმული გაფართოების კოეფიციენტები. სუბსტრატის მასალისა და დეპონირებული ფილმის ღირებულებით ახლოს უნდა იყოს. სავსებით ნათელია, რომ თითქმის შეუძლებელია ისეთი მასალების შერჩევა სუბსტრატებისთვის, რომლებიც თანაბრად დააკმაყოფილებენ ყველა ჩამოთვლილ მოთხოვნას.

ჰიბრიდული IC-ების სუბსტრატებად ვიყენებ მინა-კერამიკულს, ფოტოსტალიურ, მაღალი ალუმინის და ბერილიუმის კერამიკას, მინას, პოლიკორს, პოლიიმიდს, აგრეთვე დიელექტრიკული ფირით დაფარულ ლითონებს.

სიტალი არის მინა-კერამიკული მასალა, რომელიც მიიღება მინის თერმული დამუშავებით (კრისტალიზაცია). მინის კერამიკის უმეტესობა მიღებულ იქნა სისტემებში Li2O-Al2O3-SiO2-TiO2 და RO-Al2O3-SiO2-TiO2 (CO ტიპის CaO, MgO, BaO).

განსხვავებით მაღალი სიმტკიცის, ცეცხლგამძლე კრისტალური მასალებისგან, მინა-კერამიკას აქვს კარგი მოქნილობა ფორმირებისას. მისი დაჭერა, დახატვა, გაბრტყელება და ცენტრიდანული ჩამოსხმა შესაძლებელია და გაუძლებს ტემპერატურის უეცარ ცვლილებას. მას აქვს დაბალი დიელექტრიკული დანაკარგები, მისი ელექტრული სიძლიერე არ ჩამოუვარდება ვაკუუმ კერამიკის საუკეთესო ტიპებს და მისი მექანიკური სიმტკიცე 2-3-ჯერ აღემატება მინას. Sitall არის არაფოროვანი, გაზგაუმტარი და აქვს უმნიშვნელო გაზის ევოლუცია მაღალ ტემპერატურაზე.

ვინაიდან მინის კერამიკა მრავალფაზიანი სტრუქტურისაა, როდესაც ისინი ექვემდებარება სხვადასხვა ქიმიურ რეაგენტებს, რომლებიც გამოიყენება, მაგალითად, სუბსტრატის ზედაპირის გასაწმენდად დამაბინძურებლებისგან, შესაძლებელია ცალკეული ფაზების ღრმა შერჩევითი გრავირება, რაც იწვევს მკვეთრი და ღრმა რელიეფის ფორმირებას. სუბსტრატის ზედაპირზე. სუბსტრატის ზედაპირზე უხეშობის არსებობა ამცირებს პარამეტრების განმეორებადობას და თხელი ფენიანი რეზისტორების და კონდენსატორების საიმედოობას. ამიტომ, სიმაღლის შესამცირებლად და მიკრო დარღვევების კიდეების გასწორების მიზნით, ზოგჯერ გამოიყენება მასალის პრაიმერის ფენა კარგი დიელექტრიკული და წებოვანი თვისებებით, ასევე ერთიანი სტრუქტურით (მაგალითად, სილიციუმის მონოქსიდის ფენა რამდენიმე მიკრონის სისქით). სუბსტრატს.

სათვალეებიდან სუბსტრატად გამოიყენება ამორფული სილიკატური მინა, ტუტე C48-3, ბოროსილიკატური და კვარცის მინა. სილიკატური ჭიქები მიიღება ოქსიდების თხევადი დნობისგან მათი ზეგაციებით, რის შედეგადაც შენარჩუნებულია სითხის სტრუქტურა, ანუ დამახასიათებელი ამორფული მდგომარეობა. მიუხედავად იმისა, რომ ჭიქები შეიცავს კრისტალური ფაზის მქონე უბნებს - კრისტალები, ისინი ნაწილდება შემთხვევით მთელ სტრუქტურაში, იკავებს მოცულობის მცირე ნაწილს და არ ახდენს მნიშვნელოვან გავლენას მინის ამორფულ ბუნებაზე.

კვარცის მინა არის ერთკომპონენტიანი სილიკატური მინა, რომელიც თითქმის მთლიანად შედგება სილიკონისგან და მიიღება მისი ბუნებრივი ჯიშების დნობით. მას აქვს თერმული გაფართოების ძალიან დაბალი კოეფიციენტი, რაც განაპირობებს მის განსაკუთრებულად მაღალ სითბოს წინააღმდეგობას. სხვა სათვალეებთან შედარებით, კვარცის მინა ინერტულია ქიმიური რეაგენტების უმეტესობის მოქმედების მიმართ. ნებისმიერი კონცენტრაციის ორგანულ და მინერალურ მჟავებს (გარდა ჰიდროფლორინის და ფოსფორის მჟავებისა), თუნდაც ამაღლებულ ტემპერატურაზე, თითქმის არ აქვთ გავლენა კვარცის მინაზე.

კერამიკული სუბსტრატები შეზღუდულია მათი მაღალი ფორიანობის გამო. ამ სუბსტრატების უპირატესობაა მაღალი სიმტკიცე და თბოგამტარობა. მაგალითად, BeO-ზე დაფუძნებულ კერამიკულ სუბსტრატს აქვს 200-250-ჯერ უფრო მაღალი თბოგამტარობა, ვიდრე მინა, ამიტომ ინტენსიურ თერმულ პირობებში მიზანშეწონილია გამოიყენოთ ბერილიუმის კერამიკა. ბერილიუმის კერამიკის გარდა, გამოიყენება მაღალი ალუმინის (94% Al2Oz) კერამიკა, მკვრივი ალუმინის ოქსიდი, სტეატიტის კერამიკა და ალუმინის ოქსიდის საფუძველზე მოჭიქული კერამიკა. უნდა აღინიშნოს, რომ ჭიქურები 100 მიკრონზე ნაკლები სისქეა და, შესაბამისად, არ წარმოადგენენ შესამჩნევ ბარიერს ფილმსა და სუბსტრატს შორის დაბალი სიმძლავრის დონეზე. დაუმუშავებელი კერამიკის მიკროუხეშობა ასჯერ აღემატება მინისას და აღწევს რამდენიმე ათას ანგსტრომს. ისინი შეიძლება მნიშვნელოვნად შემცირდეს გაპრიალებით, მაგრამ ეს მნიშვნელოვნად აბინძურებს კერამიკულ ზედაპირს.

სუბსტრატზე დამაბინძურებლების არსებობა მნიშვნელოვან გავლენას ახდენს ფილმების როგორც წებოვნებაზე, ასევე ელექტრულ თვისებებზე. ამიტომ, დეპონირებამდე აუცილებელია სუბსტრატების საფუძვლიანად გაწმენდა, აგრეთვე მათი დაცვა ნავთობის ფირების გაჩენის შესაძლებლობისგან, რომელიც შეიძლება წარმოიშვას ტუმბოებიდან სამუშაო სითხის ორთქლების მიგრაციის შედეგად. დასუფთავების ეფექტური მეთოდია სუბსტრატის ზედაპირის იონური დაბომბვა მბზინავი გამონადენის პლაზმაში. ამ მიზნით ვაკუუმური ინსტალაციის სამუშაო პალატაში, როგორც წესი, გათვალისწინებულია სპეციალური ელექტროდები, რომლებსაც რამდენიმე კილოვოლტის ძაბვა მიეწოდება დაბალი სიმძლავრის მაღალი ძაბვის წყაროდან. ელექტროდები ყველაზე ხშირად დამზადებულია ალუმინისგან, რადგან მას აქვს ყველაზე დაბალი კათოდური დახშობის სიჩქარე ლითონებს შორის.

უნდა გვახსოვდეს, რომ უმნიშვნელო დაბინძურებასაც კი შეუძლია მთლიანად შეცვალოს ფილმის ზრდის პირობები. თუ დამაბინძურებლები განლაგებულია სუბსტრატზე ერთმანეთისგან იზოლირებული პატარა კუნძულების სახით, მაშინ იმის მიხედვით, თუ რომელი შემაკავშირებელი ენერგიაა უფრო დიდი: ფირის მასალასა და დამაბინძურებელ მასალას შორის, ან ფირის მასალასა და სუბსტრატს შორის, ფილმი შეიძლება წარმოიქმნას. ამ კუნძულებზე ან სუბსტრატის შიშველ ნაწილებზე.

ფირის ადჰეზია დიდწილად დამოკიდებულია ოქსიდის ფენის არსებობაზე, რომელიც შეიძლება წარმოიშვას ფილმსა და სუბსტრატს შორის დეპონირების პროცესის დროს. ასეთი ოქსიდის ფენა წარმოიქმნება, მაგალითად, რკინისა და ნიქრომის დეპონირების დროს, რაც ხსნის ამ ფილმების კარგ ადჰეზიას. ოქროსგან დამზადებულ ფილმებს, რომლებიც არ ექვემდებარება დაჟანგვას, აქვთ ცუდი ადჰეზია და ამიტომ ოქროსა და სუბსტრატს შორის უნდა შეიქმნას მასალის შუალედური ქვეფენა მაღალი ადჰეზიით. სასურველია, რომ მიღებული ოქსიდის ფენა კონცენტრირებული იყოს ფილმსა და სუბსტრატს შორის. თუ ოქსიდი მიმოფანტულია მთელ ფილმში ან მდებარეობს მის ზედაპირზე, მაშინ ფილმის თვისებები შეიძლება მნიშვნელოვნად შეიცვალოს. ოქსიდების წარმოქმნაზე ძლიერ გავლენას ახდენს ნარჩენი აირების შემადგენლობა დანადგარის სამუშაო მოცულობაში და, კერძოდ, წყლის ორთქლის არსებობა.

5.თხელი ფირის რეზისტორები

რეზისტენტული ფილმების წარმოებაში გამოყენებულ მასალებს უნდა ჰქონდეთ შესაძლებლობა მიიღოთ დროში სტაბილური რეზისტორების ფართო სპექტრი წინააღმდეგობის დაბალი ტემპერატურის კოეფიციენტით (TCR), ჰქონდეთ კარგი ადჰეზია, მაღალი კოროზიის წინააღმდეგობა და გამძლეობა მაღალი ტემპერატურის გახანგრძლივებული ზემოქმედების მიმართ. როდესაც მასალა დეპონირდება სუბსტრატზე, უნდა ჩამოყალიბდეს რთული კონფიგურაციის თხელი, მკაფიო ხაზები ნიმუშის კარგი განმეორებით ნიმუშიდან ნიმუშამდე.

რეზისტენტულ ფილმებს ყველაზე ხშირად აქვთ წვრილმარცვლოვანი დისპერსიული სტრუქტურა. დისპერსიის r არსებობა, ფილმების სტრუქტურა, პირველ მიახლოებით საშუალებას იძლევა განიხილოს მათი ელექტრული წინააღმდეგობა, როგორც ცალკეული გრანულების მთლიანი წინააღმდეგობა და მათ შორის ბარიერები, რომელშიც მთლიანი წინააღმდეგობის ბუნება განსაზღვრავს TK სიდიდეს და ნიშანს. .ს. ასე რომ, მაგალითად, თუ თავად მარცვლების წინააღმდეგობა ჭარბობს, მაშინ ფირის გამტარობა მეტალის ხასიათისაა და TCR დადებითი იქნება. მეორეს მხრივ, თუ წინააღმდეგობა განპირობებულია ელექტრონების გავლის გამო მარცვლებს შორის არსებული უფსკრულით (რაც ჩვეულებრივ ხდება ფირის მცირე სისქით), მაშინ გამტარობა იქნება ნახევარგამტარული ხასიათისა და TCR შესაბამისად იქნება უარყოფითი.

მონოლითური IC წარმოება ძირითადად იყენებს მაღალი წინაღობის რეზისტენტებს იმისთვის, რომ რეზისტორები იყოს რაც შეიძლება პატარა, ისინი უნდა იყოს წარმოებული იმავე გარჩევადობით და ტოლერანტობით, როგორც სხვა IC ელემენტები. ეს გამორიცხავს ლითონის უფასო ნიღბების გამოყენებას რეზისტორების საჭირო კონფიგურაციის მისაღებად და საშუალებას იძლევა განხორციელდეს მხოლოდ ფოტოლითოგრაფიის გამოყენებით.

კომბინირებული ტექნოლოგიის გამოყენებით მიკროენერგეტიკული მონოლითური IC-ების წარმოებისას აუცილებელია კრისტალის შედარებით მცირე ფართობზე რამდენიმე მეგაომამდე წინააღმდეგობის მქონე მაღალი წინააღმდეგობის რეზისტორების განთავსება, რაც მიიღწევა მხოლოდ იმ შემთხვევაში, თუ რეზისტორის მასალას აქვს Rs. (10--20) kOhm/ ც. რეზისტორების წარმოების პროცესი უნდა იყოს შერწყმული მთლიანი სილიკონის IC-ის დამზადების ძირითად ტექნოლოგიურ პროცესთან პლანარული ან ეპიტაქსიალურ-პლანეური ტექნოლოგიის გამოყენებით. მაგალითად, რეზისტენტული ფილმები არ უნდა იყოს მგრძნობიარე სილიციუმის ნიტრიდის, ფოსფორის, ბოროსილიკატური მინის და სხვა მასალების არსებობის მიმართ, რომლებიც გამოიყენება სილიციუმის ვაფლზე მონოლითური IC-ების წარმოებაში. მათ უნდა გაუძლონ შედარებით მაღალ ტემპერატურას (500-550°C), რომელიც წარმოიქმნება IC დალუქვის პროცესში და ზოგიერთ შემთხვევაში არ უნდა შეცვალონ მათი თვისებები ჟანგვის გარემოს გავლენის ქვეშ. მონოლითური IC-ები ძირითადად იყენებენ ნიქრომს და ტანტას რეზისტორების დასამზადებლად.

ჰიბრიდული IC-ების წარმოებაში გამოიყენება თხელფილიანი რეზისტორების მასალების გაცილებით ფართო სპექტრი.

როგორც დაბალი რეზისტენტობის ფილმები Rs-დან 10-დან 300 Ohm-მდე. გამოყენებულია ქრომის, ნიქრომის და ტ-ტალის ფილმები. ქრომის ფილმების წარმოება რეპროდუცირებადი ელექტროფიზიკური თვისებებით გარკვეულწილად გართულებულია ნაერთების (განსაკუთრებით ოქსიდის) წარმოქმნის უნარით, აორთქლებისა და დეპონირების დროს ნარჩენ აირებთან ურთიერთობისას. ქრომ-ნიკელის შენადნობზე დაფუძნებულ რეზისტენტებს (20% Cr და 80% Ni) აქვთ მნიშვნელოვნად უფრო სტაბილური მახასიათებლები, სხვადასხვა სტრუქტურული მოდიფიკაციების არსებობის გამო, აქვთ ზედაპირის წინააღმდეგობის ძალიან ფართო სპექტრი (რამდენიმე Ohm/s-დან). -ტანტალი რამდენიმე MOhm/s-მდე დაბალი სიმკვრივის ტანტალისთვის) ტანტალის ნიტრიდი ასევე გამოიყენება, როგორც უაღრესად სტაბილური რეზისტენტული მასალა.

რეზისტორების რეიტინგების მნიშვნელოვანი გაფართოება მიიღწევა ლითონ-კერამიკული ფირების და ზოგიერთი ლითონის სილიციდის ფირების გამოყენებით ამ სისტემებში ქრომი ყველაზე ხშირად გამოიყენება როგორც ლითონი, ასევე გარდამავალი ლითონების ოქსიდები, ბორიდები, ნიტრიდები და სილიციდები. ზოგიერთი მეტალოიდის ოქსიდები გამოიყენება დიელექტრიკულად. ქრომის დიზილიციდის, აგრეთვე სილიციუმის, ქრომის და ნიკელის შენადნობისგან დამზადებულ ფილმებს აქვთ Rs-მდე 5 kOhm/s; საფუძველზე ფილმებისთვის სისტემები ქრომი --- სილიციუმის მონოქსიდი Rs, ქრომის შემცველობის მიხედვით, შეიძლება განსხვავდებოდეს ერთეულებიდან ასობით Ohms/s-მდე.

6.თხელი ფირის კონდენსატორები

თხელი ფირის კონდენსატორები, მიუხედავად სამი ფენის სტრუქტურის აშკარა სიმარტივისა, ყველაზე რთული და შრომატევადია სხვა ფირის პასიურ ელემენტებთან შედარებით.

რეზისტორებისგან, ბალიშებისა და გადართვისგან განსხვავებით, რომელთა წარმოებაში საკმარისია ერთი ან ორი ფენის (ქვეფენა და ფენა) დეპონირება, თხელი ფირის კონდენსატორების დამზადება მოითხოვს მინიმუმ სამი ფენის დეპონირებას: ქვედა ფირფიტა, დიელექტრიკული ფილმი და ზედა ფირფიტა (მეტი ფირფიტის გამოყენება ართულებს კონდენსატორების წარმოების პროცესს და ზრდის მათ ღირებულებას).

დიელექტრიკული ფირების დასამზადებლად გამოყენებულ მასალას უნდა ჰქონდეს კარგი ადჰეზია მეტალთან, რომელიც გამოიყენება კონდენსატორის ფირფიტებისთვის, იყოს მკვრივი და არ ექვემდებარება მექანიკურ განადგურებას ტემპერატურის ციკლების ზემოქმედებისას, ჰქონდეს მაღალი ავარიული ძაბვა და დაბალი დიელექტრიკული დანაკარგები, ჰქონდეს მაღალი დიელექტრიკი. მუდმივია და არ იშლება აორთქლებისა და დეპონირების პროცესში და აქვს მინიმალური ჰიგიროსკოპიულობა.

ყველაზე გავრცელებული მასალები, რომლებიც გამოიყენება როგორც დიელექტრიკები ფირის კონდენსატორებში, არის სილიციუმის მონოქსიდი (Si0) და გერმანიუმის მონოქსიდი (GeO). ბოლო წლებში ამ მიზნით გამოიყენება ალუმინოსილიკატური, ბოროსილიკატური და ანტიმონიდოგერმანიუმის მინები.

ყველაზე პერსპექტიული დიელექტრიკები არის კომპოზიტური მინის ნაერთები, რადგან მათ აქვთ უნარი შეცვალონ ელექტროფიზიკური, ფიზიკოქიმიური და თერმოდინამიკური თვისებები ფართო დიაპაზონში შუშის შემადგენლობის შერჩევით და მინის სისტემების აგრეგაციული მდგომარეობის მახასიათებლების დანერგვით თხელ ფენოვან ლითონში. -დიელექტრიკულ-ლითონის კონსტრუქციები.

7. ტანტალისა და მისი ნაერთების ფირები

ბოლო წლებში ტანტალისა და მისი ნაერთების ფილმები სულ უფრო ფართოდ გავრცელდა ინტეგრირებული სქემების ფირის ელემენტების წარმოებაში. ტანტალის, როგორც საწყისი მასალის არჩევა დიდწილად აიხსნება იმით, რომ ტალალიუმის ფილმების მოპოვების პირობებიდან გამომდინარე, მათ შეიძლება ჰქონდეთ განსხვავებული სტრუქტურა და, შესაბამისად, შეცვალონ მათი წინააღმდეგობა და მისი ტემპერატურის კოეფიციენტი ფართო საზღვრებში.

ბროლის სტრუქტურისა და ელექტრული თვისებების მიხედვით, b-ტანტალის ფილმები ყველაზე ახლოსაა ნაყარ ნიმუშთან, მათ აქვთ უხეში კრისტალური სტრუქტურა და აქვთ შედარებით დაბალი წინაღობა (20-40 μOhm-cm). კ-ტანტალისგან განსხვავებით, პ-ტანტალი, რომელსაც აქვს ტეტრაგონალური წვრილი კრისტალური სტრუქტურა და წინაღობა 160-200 კმ Ohm * სმ, არ არის ნაპოვნი მასიურ ნიმუშებში. ტანტალის ეს მეტასტაბილური მოდიფიკაცია დამახასიათებელია მხოლოდ თხელი ფენებისთვის.

b - და c - ტანტალის ფილმების დამზადება, როგორც წესი, წარმოებს კათოდური თხრილით 4--5 კვ ძაბვით და დენის სიმკვრივით 0,1--1 mA/cm2. თუ თქვენ შეამცირებთ ძაბვას და არ გაზრდით არგონის წნევას, გამონადენის დენი შემცირდება, რაც გამოიწვევს დეპონირების სიჩქარის მნიშვნელოვან შემცირებას. ეს წარმოქმნის დაბალი სიმკვრივის ფილმებს, რომელსაც აქვს უაღრესად ფოროვანი სტრუქტურა, ფორების ზომებით (4--7)-10-3 მკმ, რომელიც შედგება დიდი რაოდენობით k- ან p-ტანტალის მარცვლებისგან კრისტალური ზომით (3--5). ) * 10-2 მკმ. ფილმების მაღალი ფორიანობა და ლითონ-დიელექტრიკული ნარევის სისტემის გარეგნობა იწვევს წინაღობის ანომალიურ ზრდას (დაახლოებით 200-ჯერ b-ტანტალთან შედარებით) და მისი ტემპერატურის კოეფიციენტის ცვლილებას. თუ არგონს ემატება აზოტი იმ რაოდენობით, რომელიც მნიშვნელოვნად აღემატება ნარჩენი გაზების ფონს, ტანტალის ნიტრიდის ფილმები შეიძლება მიღებულ იქნეს ორი სტაბილური მდგომარეობით Ta2N და TaN სხვადასხვა კრისტალური სტრუქტურით და ელექტრული თვისებებით.

ტანტალის (b- და b-ტანტალი, დაბალი სიმკვრივის ტანტალი) და მისი ნიტრიდის რამდენიმე მოდიფიკაციის არსებობა შესაძლებელს ხდის მიკროსქემების პასიური ნაწილის დაპროექტებისას სხვადასხვა ტოპოლოგიური გადაწყვეტილებების არჩევას.

სუფთა b-ტანტალი, ფილმში მაღალი მექანიკური დაძაბულობისა და სუბსტრატზე ცუდი გადაბმის გამო, არ ჰპოვა ფართო გამოყენება მიკროსქემების RC ელემენტების წარმოებაში, გამოიყენება კონდენსატორების ქვედა ფირფიტების დასამზადებლად და ნაწილობრივ რეზისტორების წარმოებისთვის. რეზისტორების დასამზადებლად გამოიყენება ტანტალის ნიტრიდი და დაბალი სიმკვრივის ტანტალი. დაბალი სიმკვრივის ტანტალის პრაქტიკული ღირებულება მდგომარეობს იმაში, რომ მიიღოთ უაღრესად სტაბილური თხელი ფენიანი რეზისტორები (10 kOhm-დან რამდენიმე მეგაომამდე), რომლებიც მცირე ზომის და მარტივი კონფიგურაციის არიან. თხელი ფენის კონდენსატორების დამზადება ბევრად უფრო ადვილია დაბალი სიმკვრივის ტანტალისგან, რადგან ამ შემთხვევაში ზედა ელექტროდი, ისევე როგორც ქვედა, შეიძლება მიღებულ იქნეს ტანტალის გაფცქვნით, ხოლო ნორმალური სიმკვრივის ტანტალის გამოყენებისას ცდილობს ზედა მოპოვებას. ელექტროდი ამ გზით ხშირად იწვევდა დიელექტრიკული შრის დაზიანებას. გარდა ამისა, დაბალი სიმკვრივის ტანტალი შესაძლებელს ხდის RC სქემების წარმოებას განაწილებული პარამეტრებით და რეგულირებადი რეზისტორის მნიშვნელობით, რომელიც შეიძლება გამოყენებულ იქნას როგორც კონდენსატორის ზედა ელექტროდი.

ტანტალის პენტოქსიდი (Ta2O5), რომელიც მიიღება ელექტროლიტური ან პლაზმური ანოდიზაციის შედეგად, აქვს დაბალი დიელექტრიკული დანაკარგები და შეიძლება გამოყენებულ იქნას როგორც დიელექტრიკულად კონდენსატორისთვის, ასევე როგორც იზოლატორი ან დამცავი ფენა რეზისტორისთვის. გარდა ამისა, ანოდიზაცია შეიძლება გამოყენებულ იქნას კონდენსატორებისა და რეზისტორების მნიშვნელობების ზუსტად დასარეგულირებლად. იონური ჭურვის გამოყენება, ისევე როგორც ტანტალის ნიტრიდის, სუფთა ტანტალის და მისი ოქსიდების ხსნადობა სხვადასხვა ეშანტებში, შესაძლებელს ხდის სხვადასხვა მეთოდის გამოყენებას მიკროსქემების საჭირო კონფიგურაციის მისაღებად.

ამრიგად, ტანტალიზე დაყრდნობით, შესაძლებელია უზრუნველყოფილი იყოს პასიური ელემენტების (რეზისტორები, კონდენსატორები, დამაკავშირებელი გამტარები და საკონტაქტო ბალიშები) ჯგუფური წარმოება კონცენტრირებული და განაწილებული პარამეტრებით, რომლებიც თავიანთი სირთულით არ ჩამოუვარდებიან სხვა ელემენტებზე დამზადებულ ელემენტებს. მასალები, მაგრამ ამავდროულად აქვთ მნიშვნელოვნად მეტი სიზუსტე, სტაბილურობა და საიმედოობა. ტანტალის მრავალფეროვნება და სხვა მასალების გამოყენების აუცილებლობა მიუთითებს იმაზე, რომ პასიური IC ელემენტების დიდი უმრავლესობა შეიძლება დამზადდეს "ტანტალის ტექნოლოგიის" საფუძველზე.

დასკვნა

ინტეგრირებული ელექტრონიკის განვითარების ამჟამინდელი ეტაპი ხასიათდება საოპერაციო სიხშირეების შემდგომი გაზრდის და გადართვის დროის შემცირების, საიმედოობის გაზრდის და მასალების და IC წარმოების პროცესის ხარჯების შემცირების ტენდენციებით.

ინტეგრირებული სქემების ღირებულების შემცირება მოითხოვს მათი წარმოების თვისობრივად ახალი პრინციპების შემუშავებას მსგავს ფიზიკურ და ქიმიურ მოვლენებზე დაფუძნებული პროცესების გამოყენებით, რაც, ერთის მხრივ, არის საწარმოო ციკლის ჰომოგენური ტექნოლოგიური ოპერაციების შემდგომი ინტეგრაციის წინაპირობა და მეორეს მხრივ, ხსნის ფუნდამენტურ შესაძლებლობას აკონტროლოთ ყველა ოპერაცია კომპიუტერიდან. ტექნოლოგიაში ხარისხობრივი ცვლილებებისა და ინდუსტრიის ტექნიკური გადაიარაღების აუცილებლობას ნაკარნახევია აგრეთვე მიკროელექტრონიკის განვითარების შემდეგ ეტაპზე გადასვლა - ფუნქციონალური ელექტრონიკა, რომელიც ემყარება ოპტიკურ, მაგნიტურ, ზედაპირულ და პლაზმურ მოვლენებს, ფაზურ გადასვლებს, ელექტრონს. -ფონონის ურთიერთქმედება, მუხტის დაგროვებისა და გადაცემის ეფექტი და ა.შ.

ტექნოლოგიური პროცესის „პროგრესულობის“ კრიტერიუმი, თავად პროდუქტის პარამეტრებისა და მახასიათებლების გაუმჯობესებასთან ერთად, არის მაღალი ეკონომიკური ეფექტურობა, რომელიც განისაზღვრება რიგი კერძო, ურთიერთდაკავშირებული კრიტერიუმებით, რომლებიც უზრუნველყოფენ სრულად ავტომატიზირებული კომპლექტების აგების შესაძლებლობას. , მაღალი ხარისხის აღჭურვილობა ხანგრძლივი მომსახურების ვადით.

ყველაზე მნიშვნელოვანი კონკრეტული კრიტერიუმებია:

უნივერსალურობა, ანუ უნარი განახორციელოს მთელი (ან ოპერაციების დიდი რაოდენობა) წარმოების ციკლი იგივე ტექნოლოგიური მეთოდების გამოყენებით;

უწყვეტობა, რომელიც არის საწარმოო ციკლის მთელი რიგი ტექნოლოგიური ოპერაციების შემდგომი ინტეგრაციის (კომბინაციის) წინაპირობა, კომბინირებული პროდუქციის ან ნახევარფაბრიკატების მნიშვნელოვანი რაოდენობის ერთდროული ჯგუფური დამუშავების გამოყენების შესაძლებლობასთან;

ტექნოლოგიური პროცესის ყველა ძირითადი ოპერაციების მაღალი სიჩქარე ან მათი გაძლიერების შესაძლებლობა, მაგალითად, ელექტრული და მაგნიტური ველების ზემოქმედების, ლაზერული გამოსხივების და ა.შ.

პარამეტრების განმეორებადობა თითოეულ ოპერაციაზე და მოსავლიანობის მაღალი პროცენტი როგორც ნახევრად მზა, ასევე შესაფერისი პროდუქციის;

პროდუქტის ან ნახევრად მზა პროდუქტის დიზაინის დამზადება, რომელიც აკმაყოფილებს ავტომატური წარმოების მოთხოვნებს (ავტომატური დატვირთვის, ბაზის, მონტაჟის, აწყობის და ა.შ. შესაძლებლობა), რაც უნდა აისახოს ფორმის სიმარტივეში, ასევე შეზღუდულზე. საერთო და ძირითადი ზომების ტოლერანტობა;

ფორმალიზაცია, ანუ ტექნოლოგიური პროცესის პარამეტრებზე პროდუქტის პარამეტრების ანალიტიკური დამოკიდებულების საფუძველზე) თითოეული ტექნოლოგიური ოპერაციის მათემატიკური აღწერილობის (ალგორითმის) შედგენის შესაძლებლობა და კომპიუტერის გამოყენებით მთელი ტექნოლოგიური პროცესის შემდგომი კონტროლი;

პროცესის ადაპტირება (სიცოცხლისუნარიანობა), ანუ დიდი ხნის განმავლობაში არსებობის შესაძლებლობა ახალი კონკურენტული პროცესების უწყვეტი წარმოშობისა და განვითარების პირობებში და ახალი ტიპის პროდუქტების წარმოებისთვის აღჭურვილობის სწრაფად აღდგენის შესაძლებლობა მნიშვნელოვანი კაპიტალის ხარჯების გარეშე.

ჩამოთვლილი კრიტერიუმების უმეტესობა აკმაყოფილებს პროცესებს, რომლებიც იყენებენ ვაკუუმში და იშვიათ აირებში წარმოქმნილ ელექტრონულ და იონურ ფენომენებს, რომელთა დახმარებითაც შესაძლებელია წარმოქმნას:

ლითონების, შენადნობების, დიელექტრიკებისა და ნახევარგამტარების იონური დაფქვა სხვადასხვა სისქის და შემადგენლობის ფირების, ურთიერთკავშირების, ტევადობის სტრუქტურების, ფენების იზოლაციის, ფენების გაყვანილობის მისაღებად;

ლითონების, შენადნობების, ნახევარგამტარების და დიელექტრიკების იონური აკრეფა IC კონფიგურაციის მიღებისას ინდივიდუალური ლოკალიზებული უბნების ამოღების მიზნით;

პლაზმის ანოდირება ოქსიდის ფილმების მისაღებად;

ორგანული ფირების პოლიმერიზაცია ელექტრონებით დასხივებულ ადგილებში ორგანული საიზოლაციო ფენების მისაღებად;

სუბსტრატების ზედაპირის გაწმენდა და გაპრიალება;

ერთკრისტალების გაზრდა;

მასალების აორთქლება (მათ შორის ცეცხლგამძლე) და ფირების რეკრისტალიზაცია;

ფილმების მიკროფრეზირება;

მიკრო შედუღება და მიკრო-შედუღება IC მილების დასაკავშირებლად, აგრეთვე კორპუსების დალუქვა;

IC პარამეტრების მონიტორინგის არაკონტაქტური მეთოდები.

ფიზიკური და ქიმიური ფენომენების საერთოობა, რომლებზეც დაფუძნებულია ჩამოთვლილი პროცესები, აჩვენებს მათი შემდგომი ინტეგრაციის ფუნდამენტურ შესაძლებლობას, რათა შეიქმნას ახალი ტექნოლოგიური ბაზა ინტეგრირებული სქემების და ფუნქციური ელექტრონიკის მოწყობილობების მაღალი ხარისხის ავტომატური წარმოებისთვის.

გამოქვეყნებულია Allbest.ru-ზე

მსგავსი დოკუმენტები

მოკლე ისტორიული ფონი ინტეგრირებული სქემების განვითარების შესახებ. ამერიკელი და საბჭოთა მეცნიერები, რომლებმაც დიდი წვლილი შეიტანეს ინტეგრირებული სქემების განვითარებასა და შემდგომ განვითარებაში. მიკროელექტრონიკის და TS R12-2 პირველი განვითარების მომხმარებლები და მომხმარებლები.

რეზიუმე, დამატებულია 01/26/2013


ინტეგრირებული სქემების შექმნა და მიკროელექტრონიკის განვითარება მთელს მსოფლიოში. იაფი ელექტრონული აღჭურვილობის ელემენტების წარმოება. ინტეგრირებული სქემების ძირითადი ჯგუფები. პირველი ინტეგრირებული მიკროსქემის შექმნა კილბის მიერ. პირველი ნახევარგამტარული ინტეგრირებული სქემები სსრკ-ში.

რეზიუმე, დამატებულია 01/22/2013


მოკლე ტექნიკური ინფორმაცია პროდუქტის KR1095 PP1, შეყვანის და გამოსავლების დანიშნულება, წარმოების პროცესი. მეტალიზაციის დამაკავშირებელი როლი ელექტრომიგრაციის შედეგად ინტეგრირებული სისტემებისა და ჩავარდნის მექანიზმების წარმოებაში. მაგნიტრონის სისტემების განვითარება.

ნაშრომი, დამატებულია 25/05/2009


MOS ტრანზისტორის ტოპოლოგია და ელემენტები შოთკის დიოდით. მისი წარმოების ტექნოლოგიური ოპერაციების თანმიმდევრობა. ნახევარგამტარული ინტეგრირებული სქემების წარმოების ტექნოლოგიური პროცესის შემუშავება. გამოყენებული მასალებისა და რეაგენტების მახასიათებლები.

კურსის სამუშაო, დამატებულია 12/06/2012


ნახევარგამტარული დიოდების მუშაობის პრინციპი, p-n შეერთების თვისებები, დიფუზია და დამბლოკავი ფენის ფორმირება. დიოდების გამოყენება, როგორც დენის გამსწორებლები, ტრანზისტორების თვისებები და გამოყენება. ინტეგრირებული სქემების კლასიფიკაცია და წარმოების ტექნოლოგია.

პრეზენტაცია, დამატებულია 05/29/2010


უპაკეტო ნახევარგამტარული ინტეგრირებული სქემების ლითონის ფილმების თერმული პირობების სტრუქტურული პრობლემები: გათბობის დიაგრამა და წინასწარი დიზაინის საიმედოობის გაანგარიშება. მეტალიზაციის გამტარის დიზაინისა და სტრუქტურის უკმარისობის მაჩვენებელი.

რეზიუმე, დამატებულია 06/13/2009


ნახევარგამტარული მასალების ელექტროფიზიკური თვისებები, მათი გამოყენება ნახევარგამტარული მოწყობილობებისა და მიკროელექტრონული მოწყობილობების დასამზადებლად. მყარი სხეულის ზოლების თეორიის საფუძვლები. ნახევარგამტარების ენერგეტიკული ზოლები. ნანოელექტრონიკის ფიზიკური საფუძვლები.

კურსის სამუშაო, დამატებულია 28/03/2016


ნახევარგამტარული ინტეგრირებული მიკროსქემის დაფების წარმოების ტექნოლოგიის ანალიზი - ამ სახის მიკროსქემები, რომელთა ელემენტები მზადდება ნახევარგამტარული სუბსტრატის ზედაპირულ ფენაში. მონოკრისტალური სილიციუმის მახასიათებლები. ერთკრისტალების გაზრდა.

კურსის სამუშაო, დამატებულია 12/03/2010


ელექტრონული კომპონენტების საიმედოობა, მათში გვირაბის ავარია და მისი განსაზღვრის მეთოდები. ინტეგრირებული სქემების მეტალიზაციისა და კონტაქტების საიმედოობა, მათი საიმედოობის პარამეტრები. ინტეგრირებული სქემების დიოდებისა და ბიპოლარული ტრანზისტორების შემთხვევითი ჩავარდნების მექანიზმი.

რეზიუმე, დამატებულია 12/10/2009


პლანარიზაცია არის დაბალი ტემპერატურის პროცესი, რომლის დროსაც ფირფიტის ზედაპირის რელიეფი გლუვდება. ორდონიანი მეტალიზების დეფექტები. გამტარი ფენების დანიშნულება მრავალშრიანი მეტალიზაციაში. მრავალჩიპიანი მოდულები ტიპის MKM-D და MKM-A, მახასიათებლები.