K Ì ÚÈÓfi (232ÛÂÏ.) 23/3/ :03 ÂÏ 1. Mικροηλεκτρονική

Transcript

1 K Ì ÚÈÓfi (232ÛÂÏ.) 23/3/ :03 ÂÏ 1 Mικροηλεκτρονική Σηµείωση Το ΕΑΠ είναι υπεύθυνο για την επιµέλεια έκδοσης και την ανάπτυξη των κειµένων σύµφωνα µε τη Μεθοδολογία της εξ Αποστάσεως Εκπαίδευσης. Για την επιστηµονική αρτιότητα και πληρότητα των συγγραµ- µάτων την αποκλειστική ευθύνη φέρουν οι συγγραφείς, κριτικοί αναγνώστες και ακαδηµαϊκοί υπεύθυνοι που ανέλαβαν το έργο αυτό.

2 K Ì ÚÈÓfi (232ÛÂÏ.) 23/3/ :03 ÂÏ 2

3 K Ì ÚÈÓfi (232ÛÂÏ.) 23/3/ :03 ÂÏ 3 ΕΛΛΗΝΙΚΟ ΑΝΟΙΚΤΟ ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ Σχολή Θετικών Επιστηµών και Τεχνολογίας Πρόγραµµα Σπουδών ΠPOXΩPHMENEΣ ΣΠOY EΣ ΣTH ΦYΣIKH Θεµατική Ενότητα EΠIΣTHMH YΛIKΩN KAI IATAΞEΩN Τόµος B' Mικροηλεκτρονική ΓEΩPΓIOΣ KAMAPINOΣ ιεθυντής Έρευνας CNRS GRENOBLE ΠATPA 2004

4 K Ì ÚÈÓfi (232ÛÂÏ.) 23/3/ :03 ÂÏ 4 ΕΛΛΗΝΙΚΟ ΑΝΟΙΚΤΟ ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ Σχολή Θετικών Επιστηµών και Τεχνολογίας Πρόγραµµα Σπουδών ΠPOXΩPHMENEΣ ΣΠOY EΣ ΣTH ΦYΣIKH Θεµατική Ενότητα EΠIΣTHMH YΛIKΩN KAI IATAΞEΩN Τόµος B' Mικροηλεκτρονική Συγγραφή ΓEΩPΓIOΣ KAMAPINOΣ ιευθυντής Έρευνας CNRS GRENOBLE Κριτική Ανάγνωση IΩANNHΣ ΣTOΪMENOΣ Kαθηγητής Tµήµατος Φυσικής Aριστοτέλειου Πανεπιστηµίου Θεσσαλονίκης Ακαδηµαϊκός Υπεύθυνος για την επιστηµονική επιµέλεια του τόµου APIΣTEI HΣ Z ETΣHΣ Καθηγητής Tµήµατος Φυσικής Πανεπιστηµίου Πατρών Επιµέλεια στη µέθοδο της εκπαίδευσης από απόσταση IΩANNHΣ ΠAPΘENIOΣ Γλωσσική Επιµέλεια ΛOYIZA MΠANTH Συντονισµός ανάπτυξης εκπαιδευτικού υλικού και γενική επιµέλεια των εκδόσεων ΟΜΑ Α ΕΚΤΕΛΕΣΗΣ ΕΡΓΟΥ ΕΑΠ / ISBN: Kωδικός Έκδοσης: ΠΣΦ 62/2 Copyright 2004 για την Ελλάδα και όλο τον κόσµο ΕΛΛΗΝΙΚΟ ΑΝΟΙΚΤΟ ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ Οδός Παπαφλέσσα & Υψηλάντη, Πάτρα Τηλ: , Φαξ: Σύµφωνα µε το Ν. 2121/1993, απαγορεύεται η συνολική ή αποσπασµατική αναδηµοσίευση του βιβλίου αυτού ή η αναπαραγωγή του µε οποιοδήποτε µέσο χωρίς την άδεια του εκδότη.

5 K Ì ÚÈÓfi (232ÛÂÏ.) 23/3/ :03 ÂÏ 5 ÂÚÈ fiìâó K º π 1 EÈÛ ÁˆÁ : O AÈÒÓ ÙË ÏËÚÔÊÔÚ Î È EappleÈÎÔÈÓˆÓ AÓ ÙÂÈÏ 1.1 H µικροηλεκτρονική στη συµβολή πολλών γνώσεων H προϊστορία της µικροηλεκτρονικής: ο ηλεκτρισµός και οι ηλεκτρονικές λυχνίες κενού Oι ηµιαγωγοί Oι διάφορες εµφανίσεις των ηµιαγωγών στις ηλεκτρονικές διατάξεις πριν από τη µικροηλεκτρονική Πρώτη εµφάνιση: στην ασύρµατη τηλεπικοινωνία του 19ου αιώνα εύτερη εµφάνιση: η κατάκτηση του διαστήµατος επιβάλλει τη σµίκρυνση και τη φωτοβολταϊκή ενέργεια Τρίτη εµφάνιση: οι ηλεκτρονικοί υπολογιστές µε τρανσίστορ H εφεύρεση του διπολικού τρανσίστορ ακίδων ανοίγει το δρόµο για τη σύγχρονη µικροηλεκτρονική Tο ολοκληρωµένο κύκλωµα: µια καινούργια ιδέα χρησιµοποιεί το γερµάνιο (!), αλλά σύντοµα κυριαρχεί το πυρίτιο O µικροεπεξεργαστής (Microprocessor): ένας µονολιθικός H/Y Oι µικροεπεξεργαστές καθορίζουν την πρόοδο στη Mικροηλεκτρονική Oι µικροϋπολογιστές και η φιλική Πληροφορική Φτάνουν τα πολυµέσα Σκοπός του βιβλίου K º π 2 OÈ ËÌÈ ÁˆÁÔ : TÔ HÏÂÎÙÚÈÎfi PÂ Ì ÛÙÔ HÌÈ ÁˆÁÔ Σκοπός, Προσδοκώµενα αποτελέσµατα Έννοιες κλειδιά Eισαγωγικές παρατηρήσεις Oι ηµιαγωγοί της µικροηλεκτρονικής Tα ηλεκτρόνια και οι οπές: οι δύο τύποι ηλεκτρικών φορέων στους ηµιαγωγούς H επίδραση των προσµίξεων και σφαλµάτων στον πληθυσµό των ελεύθερων ηλεκτρονίων και οπών στους ηµιαγωγούς... 31

6 K Ì ÚÈÓfi (232ÛÂÏ.) 23/3/ :03 ÂÏ 6 6 Mπ ƒ ƒ π 2.4 Oι διαθέσιµοι ελεύθεροι φορείς H στατιστική Fermi Dirac. H σηµασία της στάθµης Fermi Yπολογισµός των πυκνοτήτων των ελεύθερων ηλεκτρονίων και οπών Πρακτικές περιπτώσεις στους συνήθεις ηµιαγωγούς Tο ηλεκτρικό ρεύµα στους οµοιογενείς ηµιαγωγούς H θερµική ταχύτητα των ελεύθερων φορέων H επίδραση ενός εξωτερικού ηλεκτρικού πεδίου. H ταχύτητα διολίσθησης H έκφραση της ταχύτητας διολίσθησης. H ευκινησία των ηλεκτρικών φορέων Tο συνολικό ρεύµα διολίσθησης. H ειδική αγωγιµότητα του ηµιαγωγού Tο ηλεκτρικό ρεύµα στους ανοµοιογενείς ηµιαγωγούς Aνοµοιογενής εµποτισµός µε προσµίξεις Eµβολή ελεύθερων φορέων H επανασύνδεση των φορέων O χρόνος επανασύνδεσης των πλεοναζόντων φορέων Tο ρεύµα διάχυσης Tο ρεύµα διάχυσης και η στάθµη Fermi H συνέχεια του συνολικού ρεύµατος και οι συνέπειές του Γενική έκφραση της συνέχειας του ρεύµατος. H γενική κατανοµή των δυναµικών και η χαλάρωση των φορτίων H συνέχεια του ρεύµατος και η χαλάρωση των φορτίων Oι εξισώσεις συνέχειας των i n και i p H εξίσωση αµφιπολικής διάχυσης (E.A..) Tο µήκος διάχυσης Eίµαστε έτοιµοι να περιγράψουµε τη λειτουργία των διατάξεων της µικροηλεκτρονικής; H εξίσωση του Poisson H αγωγιµότητα σε υψηλά πεδία. Kορεσµός της ταχύτητας διολίσθησης και πτώση της ευκινησίας... 88

7 K Ì ÚÈÓfi (232ÛÂÏ.) 23/3/ :03 ÂÏ 7 EPIEXOMENA 7 K º π 3 MaÁÓËÙÈÎ AÓÈÛÔÙÚÔapple H Ô Ô P N Σκοπός, Προσδοκώµενα αποτελέσµατα Έννοιες κλειδιά Eισαγωγικές παρατηρήσεις H ίοδος P N Σχηµατισµός της διόδου P N (οµοεπαφή P N) Φραγµός (ή φράγµα) δυναµικού, ενεργειακό διάγραµµα της διόδου P N Yπολογισµός της τιµής του φραγµού δυναµικού Φ Hλεκτρικό µοντέλο της διόδου P N K º π 4 TÔ TÚ ÓÛ ÛÙÔÚ Σκοπός, Προσδοκώµενα αποτελέσµατα Έννοιες κλειδιά Eισαγωγικές παρατηρήσεις Tα τρανσίστορ MOS H σπουδαιότητα της επιφάνειας Hλεκτρονική περιγραφή της επιφάνειας του ηµιαγωγού Aντιστροφή της επιφάνειας H δοµή MIS ή MOS (µέταλλο µονωτικό ηµιαγωγός ή µέταλλο οξείδιο ηµιαγωγός) Πόλωση της δοµής MIS ή MOS Λειτουργία του τρανσίστορ MOS Πώς κατασκευάζεται ένα TMOS; Πώς λειτουργεί ένα TMOS; Hλεκτρικό µοντέλο του TMOS H αλγεβρική έκφραση της χαρακτηριστικής (I D, V D ) του TMOS Aνάλυση της χαρακτηριστικής (I D, V D ) του TMOS Tο TMOS σαν στοιχείο κυκλώµατος Σύµβολο του TMOS και ισοδύναµο κύκλωµα Eνίσχυση ιακοπή Mνήµη

8 K Ì ÚÈÓfi (232ÛÂÏ.) 23/3/ :03 ÂÏ 8 8 Mπ ƒ ƒ π Tο TMOS είναι η βάση της σύγχρονης µικροηλεκτρονικής. Tα είδη των TMOS Eπίλογος Aπαντήσεις Aσκήσεων Aυτοαξιολόγησης Aπαντήσεις ραστηριοτήτων