Интегральный оптоэлектронный коммутатор на ДМОП-транзисторах
Разработана математическая модель приемопереключающих элементов оптронной пары «ДМОП-транзистор.фотодиоды». Предложена интегральная схема коммутатора, управляемого фотосигналом, на кремниевой структуре с диэлектрической изоляцией....
Збережено в:
| Дата: | 2008 |
|---|---|
| Автори: | , |
| Формат: | Стаття |
| Мова: | Russian |
| Опубліковано: |
Інститут фізики напівпровідників імені В.Є. Лашкарьова НАН України
2008
|
| Назва видання: | Технология и конструирование в электронной аппаратуре |
| Теми: | |
| Онлайн доступ: | http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/52532 |
| Теги: |
Додати тег
Немає тегів, Будьте першим, хто поставить тег для цього запису!
|
| Назва журналу: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Цитувати: | Интегральный оптоэлектронный коммутатор на ДМОП-транзисторах / Л.Ф. Политанский, В.В. Лесинский // Технология и конструирование в электронной аппаратуре. — 2008. — № 6. — С. 23-27. — Бібліогр.: 11 назв. — рос. |
Репозитарії
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| id |
irk-123456789-52532 |
|---|---|
| record_format |
dspace |
| spelling |
irk-123456789-525322014-01-05T03:13:29Z Интегральный оптоэлектронный коммутатор на ДМОП-транзисторах Политанский, Л.Ф. Лесинский, В.В. Электронные средства: исследования, разработки Разработана математическая модель приемопереключающих элементов оптронной пары «ДМОП-транзистор.фотодиоды». Предложена интегральная схема коммутатора, управляемого фотосигналом, на кремниевой структуре с диэлектрической изоляцией. 2008 Article Интегральный оптоэлектронный коммутатор на ДМОП-транзисторах / Л.Ф. Политанский, В.В. Лесинский // Технология и конструирование в электронной аппаратуре. — 2008. — № 6. — С. 23-27. — Бібліогр.: 11 назв. — рос. 2225-5818 http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/52532 ru Технология и конструирование в электронной аппаратуре Інститут фізики напівпровідників імені В.Є. Лашкарьова НАН України |
| institution |
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| collection |
DSpace DC |
| language |
Russian |
| topic |
Электронные средства: исследования, разработки Электронные средства: исследования, разработки |
| spellingShingle |
Электронные средства: исследования, разработки Электронные средства: исследования, разработки Политанский, Л.Ф. Лесинский, В.В. Интегральный оптоэлектронный коммутатор на ДМОП-транзисторах Технология и конструирование в электронной аппаратуре |
| description |
Разработана математическая модель приемопереключающих элементов оптронной пары «ДМОП-транзистор.фотодиоды». Предложена интегральная схема коммутатора, управляемого фотосигналом, на кремниевой структуре с диэлектрической изоляцией. |
| format |
Article |
| author |
Политанский, Л.Ф. Лесинский, В.В. |
| author_facet |
Политанский, Л.Ф. Лесинский, В.В. |
| author_sort |
Политанский, Л.Ф. |
| title |
Интегральный оптоэлектронный коммутатор на ДМОП-транзисторах |
| title_short |
Интегральный оптоэлектронный коммутатор на ДМОП-транзисторах |
| title_full |
Интегральный оптоэлектронный коммутатор на ДМОП-транзисторах |
| title_fullStr |
Интегральный оптоэлектронный коммутатор на ДМОП-транзисторах |
| title_full_unstemmed |
Интегральный оптоэлектронный коммутатор на ДМОП-транзисторах |
| title_sort |
интегральный оптоэлектронный коммутатор на дмоп-транзисторах |
| publisher |
Інститут фізики напівпровідників імені В.Є. Лашкарьова НАН України |
| publishDate |
2008 |
| topic_facet |
Электронные средства: исследования, разработки |
| url |
http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/52532 |
| citation_txt |
Интегральный оптоэлектронный коммутатор на ДМОП-транзисторах / Л.Ф. Политанский, В.В. Лесинский // Технология и конструирование в электронной аппаратуре. — 2008. — № 6. — С. 23-27. — Бібліогр.: 11 назв. — рос. |
| series |
Технология и конструирование в электронной аппаратуре |
| work_keys_str_mv |
AT politanskijlf integralʹnyjoptoélektronnyjkommutatornadmoptranzistorah AT lesinskijvv integralʹnyjoptoélektronnyjkommutatornadmoptranzistorah |
| first_indexed |
2025-07-05T04:03:02Z |
| last_indexed |
2025-07-05T04:03:02Z |
| _version_ |
1836778187834523648 |
| fulltext |
Òåõíîëîãèÿ è êîíñòðóèðîâàíèå â ýëåêòðîííîé àïïàðàòóðå, 2008, ¹ 6
23
ÝËÅÊÒÐÎÍÍÛÅ ÑÐÅÄÑÒÂÀ: ÈÑÑËÅÄÎÂÀÍÈß, ÐÀÇÐÀÁÎÒÊÈ
Äàòà ïîñòóïëåíèÿ â ðåäàêöèþ
30.06 2008 ã.
Îïïîíåíò ê. ò. í. Â. Â. ÐÞÕÒÈÍ
(ÖÊÁ «Ðèòì», ã. ×åðíîâöû)
Ä. ò. í. Ë. Ô. ÏÎËÈÒÀÍÑÊÈÉ, Â. Â. ËÅÑÈÍÑÊÈÉ
Óêðàèíà, ×åðíîâèöêèé íàö. óíèâåðñèòåò èì. Þðèÿ Ôåäüêîâè÷à
E-mail: politanskyy@chnu.cv.ua
ÈÍÒÅÃÐÀËÜÍÛÉ ÎÏÒÎÝËÅÊÒÐÎÍÍÛÉ ÊÎÌÌÓÒÀÒÎÐ
ÍÀ ÄÌÎÏ-ÒÐÀÍÇÈÑÒÎÐÀÕ
Ðàçðàáîòàíà ìàòåìàòè÷åñêàÿ ìîäåëü
ïðèåìîïåðåêëþ÷àþùèõ ýëåìåíòîâ îï-
òðîííîé ïàðû «ÄÌÎÏ-òðàíçèñòîð�
ôîòîäèîäû». Ïðåäëîæåíà èíòåãðàëü-
íàÿ ñõåìà êîììóòàòîðà, óïðàâëÿåìîãî
ôîòîñèãíàëîì, íà êðåìíèåâîé ñòðóêòó-
ðå ñ äèýëåêòðè÷åñêîé èçîëÿöèåé.
Âîïðîñàì èíòåãðàöèè ôîòîïðèåìíûõ ýëåìåíòîâ è
ýëåêòðîííûõ ñõåì îáðàáîòêè ïîñâÿùåíî ìíîæåñòâî
ðàáîò [1�5]. Â ðàáîòàõ [6�8] îïèñûâàþòñÿ ïðèáî-
ðû ñ îïòè÷åñêèì óïðàâëåíèåì ôîòîäèîäîâ è ïîëå-
âûõ òðàíçèñòîðîâ, èñïîëüçóþùèõ âíåøíèå èñòî÷íè-
êè ïèòàíèÿ. Îäíàêî â íèõ íå ðàññìàòðèâàåòñÿ ìàòå-
ìàòè÷åñêàÿ ìîäåëü ïðèåìîïåðåêëþ÷àþùèõ ýëåìåí-
òîâ, ó÷èòûâàþùàÿ âëèÿíèå êîíñòðóêòèâíûõ è ýëåêò-
ðîôèçè÷åñêèõ ïàðàìåòðîâ ýëåìåíòîâ îïòîýëåêòðîí-
íîé ïàðû «ïîëåâîé òðàíçèñòîð � ôîòîäèîäû» íà åå
ýëåêòðè÷åñêèå ïàðàìåòðû. Êðîìå ýòîãî, íå ðàññìàò-
ðèâàþòñÿ âîïðîñû èíòåãðàöèè ôîòîïðèåìíûõ ýëåìåí-
òîâ ñ ÌÎÏ-òðàíçèñòîðàìè ñ äâîéíîé äèôôóçèåé
(ÄÌÎÏ-òðàíçèñòîðû), îáëàäàþùèìè ìàëûì ñîïðî-
òèâëåíèåì â îòêðûòîì ñîñòîÿíèè.
Öåëüþ äàííîé ðàáîòû ÿâëÿåòñÿ ðàçðàáîòêà ìàòå-
ìàòè÷åñêîé ìîäåëè ïåðåêëþ÷àþùèõ ýëåìåíòîâ
«ÄÌÎÏ-òðàíçèñòîð�ôîòîäèîäû», óñòàíàâëèâàþùåé
âçàèìîñâÿçü ìåæäó èõ ýëåêòðè÷åñêèìè, êîíñòðóêòèâ-
íûìè è ýëåêòðîôèçè÷åñêèìè ïàðàìåòðàìè, à òàêæå
ñîçäàíèå èíòåãðàëüíîãî îïòîýëåêòðîííîãî êîììóòà-
òîðà íà ÄÌÎÏ-òðàíçèñòîðàõ, óïðàâëÿåìîãî îïòè÷å-
ñêèì ñèãíàëîì.
Âûõîäíàÿ õàðàêòåðèñòèêà ÄÌÎÏ-òðàíçèñòîðà [9]
èìååò âèä
( )* 2
ñ 0 çè ïîð ñè ñè1 2 ,n
W
I C U U U U
L
= µ − −
Î÷åâèäíî, ÷òî îáðàçîâàíèåì èíäóöèðîâàííîãî
êàíàëà è òîêîì ñòîêà ñòðóêòóðû ìîæíî óïðàâëÿòü c
ïîìîùüþ ïîëîæèòåëüíîãî ïîòåíöèàëà, ñîçäàâàåìîãî
ïðè îñâåùåíèè ïîñëåäîâàòåëüíî âêëþ÷åííûõ ìåæäó
ñòîêîì è èñòîêîì ôîòîäèîäîâ, ðàáîòàþùèõ â ôîòî-
ãàëüâàíè÷åñêîì ðåæèìå.
Íàïðÿæåíèå õîëîñòîãî õîäà ôîòîäèîäà ñ ó÷åòîì
òîãî, ÷òî âåëè÷èíà ôîòîòîêà çíà÷èòåëüíî áîëüøå òåì-
íîâîãî, ðàâíî
ô
xx ò
ò
ln ,
I
U
I
≅ ϕ (1)
Åñëè äëèíà p- è n-îáëàñòåé íàìíîãî ìåíüøå äèô-
ôóçèîííîé äëèíû íîñèòåëåé l<<Ln, Lp, òî òåìíîâîé
òîê ôîòîäèîäà îïðåäåëÿåòñÿ ñëåäóþùèì âûðàæåíè-
åì [10, ñ. 356]:
( )ò ô ,po n no pI qA n D p D l= + (2)
Ôîòîòîê ôîòîäèîäà çàïèñûâàåòñÿ â âèäå [2, ñ. 161]
Iô=qληΦAô/(hc), (3)
Òàêèì îáðàçîì, â ïðåäïîëîæåíèè ÷òî npoDn>>pnoDp,
íàïðÿæåíèå õîëîñòîãî õîäà ìîæíî çàïèñàòü â ñëåäó-
þùåì âèäå:
õõ ò ln .
po n
l
U
hcn D
ληΦ= ϕ (4)
Òîãäà íàïðÿæåíèå ìåæäó çàòâîðîì è èñòîêîì, ñî-
çäàâàåìîå ôîòîäèîäàìè â êîëè÷åñòâå N, ðàâíî
çè õõ ò ln .
po n
l
U NU N
hcn D
ληΦ= = ϕ
ãäå Iñ �
µn �
C0 �
W è L �
Uçè �
U*
ïîð �
Uñè �
òîê ñòîêà;
ïîäâèæíîñòü ýëåêòðîíîâ â êàíàëå;
óäåëüíàÿ åìêîñòü ïîäçàòâîðíîãî äèýëåêòðèêà;
øèðèíà è äëèíà êàíàëà, ñîîòâåòñòâåííî;
íàïðÿæåíèå íà çàòâîðå îòíîñèòåëüíî èñòîêà;
ýôôåêòèâíîå ïîðîãîâîå íàïðÿæåíèå òðàíçèñòîðà, âå-
ëè÷èíà êîòîðîãî îïðåäåëÿåòñÿ êîíöåíòðàöèåé ïðèìå-
ñè äîíîðîâ â èñõîäíîé ïîäëîæêå, à òàêæå õàðàêòåðîì
ðàñïðåäåëåíèÿ àêöåïòîðîâ â ð-êàíàëüíîé îáëàñòè ïðè-
áîðà;
íàïðÿæåíèå ñòîê-èñòîê.
ãäå ϕò �
Iô �
Iò �
òåìïåðàòóðíûé ïîòåíöèàë;
ôîòîòîê;
òåìíîâîé òîê.
ãäå q �
Àô �
ïðî, ðïî �
Dn, Dp �
l �
çàðÿä ýëåêòðîíà;
ïëîùàäü ð�ï-ïåðåõîäà;
êîíöåíòðàöèè íåîñíîâíûõ ðàâíîâåñíûõ íîñèòåëåé;
êîýôôèöèåíò äèôôóçèè ýëåêòðîíîâ è äûðîê, ñîîòâåò-
ñòâåííî;
äëèíà p- è n-îáëàñòåé.
ãäå λ �
η �
Φ �
h �
c �
äëèíà âîëíû ïàäàþùåãî ñâåòîâîãî èçëó÷åíèÿ;
êâàíòîâûé âûõîä;
ìîùíîñòü ïàäàþùåãî íà ýëåìåíò ïîòîêà èçëó÷åíèÿ;
ïîñòîÿííàÿ Ïëàíêà;
ñêîðîñòü ñâåòà.
Òåõíîëîãèÿ è êîíñòðóèðîâàíèå â ýëåêòðîííîé àïïàðàòóðå, 2008, ¹ 6
24
ÝËÅÊÒÐÎÍÍÛÅ ÑÐÅÄÑÒÂÀ: ÈÑÑËÅÄÎÂÀÍÈß, ÐÀÇÐÀÁÎÒÊÈ
Ñëåäîâàòåëüíî, ìàòåìàòè÷åñêàÿ ìîäåëü âîëüò-àì-
ïåðíîé õàðàêòåðèñòèêè (ÂÀÕ) ïðèåìîïåðåêëþ÷àþùå-
ãî ýëåìåíòà ñèñòåìû «ôîòîäèîäû�ÌÎÏ-òðàíçèñòîð»
èìååò ñëåäóþùèé âèä:
ñè 0
2
ò ïîð ñè ñè
1
ln .
2
n
po n
W
I C
L
l
N U U U
hcn D
= µ ×
ληΦ× ϕ − −
(5)
Êàê ñëåäóåò èç ïîëó÷åííîãî âûðàæåíèÿ, ÂÀÕ îï-
òîýëåêòðîííîãî ïðèåìîïåðåêëþ÷àþùåãî ýëåìåíòà
«ôîòîäèîäû�ÌÎÏ-òðàíçèñòîð» îïðåäåëÿåòñÿ ýëåê-
òðîôèçè÷åñêèìè è êîíñòðóêòèâíûìè ïàðàìåòðàìè ôî-
òîäèîäà (npo, Dn, Ln, l, N) è ÌÎÏ-òðàíçèñòîðà (µn, C0,
Uïîð, W, L), ïàðàìåòðàìè ñâåòîâîãî èçëó÷åíèÿ (λ, Φ)
è êâàíòîâûì âûõîäîì η.
×óâñòâèòåëüíîñòü òîêà ñòîêà ïðèåìîïåðåêëþ÷à-
þùåãî ýëåìåíòà ê èçìåíåíèþ ìîùíîñòè ïàäàþùåãî
íà ôîòîäèîäû ïîòîêà èçëó÷åíèÿ
ñè
0 ò ñè
d 1
.
d n
I W
C N U
L
= µ ϕ
Φ Φ (6)
Ñîïðîòèâëåíèå Rñè îòê ïåðåêëþ÷àþùåãî ýëåìåíòà
ïðè NUõõ�Uïîð>Uñè ðàâíî
ñè
ñè
ñè *
0 ò ïîð
d 1
.
d
lnn
po n
U L
R
I W l
C N U
hcn D
= =
ληΦµ ϕ −
(7)
Ñëåäóåò îòìåòèòü, ÷òî óïðàâëÿòü âûõîäíûì òîêîì
Iñè ìîæíî òàêæå íàïðÿæåíèåì, ïîäàâàåìûì íà çàò-
âîð îò èñòî÷íèêà ïîñòîÿííîãî òîêà ÷åðåç ôîòîäèîäû.
 çàâèñèìîñòè îò ïîëÿðíîñòè ïîäêëþ÷åíèÿ ôîòîäèî-
äîâ íàïðÿæåíèå íà çàòâîðå ÄÌÎÏ-òðàíçèñòîðà ìî-
æåò óâåëè÷èâàòüñÿ èëè óìåíüøàòüñÿ íà âåëè÷èíó
ôîòî-ýäñ, âîçíèêàþùåé ïîä âîçäåéñòâèåì ñâåòîâîãî
èçëó÷åíèÿ.
Ïðè ýòîì âûõîäíóþ ÂÀÕ ñèñòåìû «ÄÌÎÏ-òðàí-
çèñòîð�ôîòîäèîäû» ìîæíî çàïèñàòü ñëåäóþùèì îá-
ðàçîì:
ñè 0
2
ç0 ò ïîð ñè ñè
1
ln ,
2
n
po n
W
I C
L
l
U N U U U
hcn D
= µ ×
ληΦ× ± ϕ − −
(8)
ãäå Uç0 � íàïðÿæåíèå èñòî÷íèêà ïîñòîÿííîãî òîêà,
ïîäàâàåìîå íà çàòâîð ÷åðåç ôîòîäèîäû.
Ââåäÿ ïîíÿòèå ïîðîãîâîãî íàïðÿæåíèÿ ñèñòåìû
*
ïîð ñ ïîð ò ln ,
po n
l
U U N
hcn D
ληΦ= ϕm (9)
ÂÀÕ ïðèåìî-ïåðåêëþ÷àþùåé îïòîýëåêòðîííîé ïàðû
ìîæíî çàïèñàòü êàê
( )* 2
ñè 0 ç0 ïîð ñ ñè ñè
1
.
2n
W
I C U U U U
L
= µ − − (10)
×óâñòâèòåëüíîñòü ïîðîãîâîãî íàïðÿæåíèÿ ñèñòå-
ìû ê èçìåíåíèþ ìîùíîñòè ïàäàþùåãî íà ãðóïïó ôî-
òîäèîäîâ ïîòîêà èçëó÷åíèÿ áóäåò ðàâíà
ïîð ñ ò
d
.
d
U Nϕ=
Φ Φ
(11)
Ýêñïåðèìåíòàëüíûå èññëåäîâàíèÿ ÂÀÕ, ñïåêò-
ðàëüíîé è ïåðåäàòî÷íîé õàðàêòåðèñòèê ïðèåìîïåðå-
êëþ÷àþùèõ ýëåìåíòîâ ñèñòåìû «àðñåíèä-ãàëëèåâûå
ôîòîäèîäû � ÄÌÎÏ-òðàíçèñòîð» ïîêàçàëè, ÷òî âû-
õîäíûå ÂÀÕ íîñÿò îáû÷íûé õàðàêòåð çàâèñèìîñòåé,
êîòîðûé èìååò ìåñòî äëÿ ï-êàíàëüíûõ ÌÎÏ-òðàíçèñ-
òîðîâ ñ èíäóöèðîâàííûì êàíàëîì. Çàâèñèìîñòü Iñè(λ)
èìååò òàêîé æå õàðàêòåð, êàê ñïåêòðàëüíûå çàâèñè-
ìîñòè ôîòîòîêà, âîçíèêàþùåãî â ïîñëåäîâàòåëüíî
ñîåäèíåííûõ p�n-ïåðåõîäàõ. Ïðè ýòîì òîê Iñè çíà÷è-
òåëüíî áîëüøå ôîòîòîêà, ÷òî óêàçûâàåò íà óâåëè÷å-
íèå èíòåãðàëüíîé è ñïåêòðàëüíîé ÷óâñòâèòåëüíîñòè
îïòîýëåêòðîííîãî ýëåìåíòà «ôîòîäèîäû�ÄÌÎÏ-
òðàíçèñòîðû» ïî ñðàâíåíèþ ñ ÷óâñòâèòåëüíîñòüþ ôî-
òîýëåìåíòîâ.
Ïåðåäàòî÷íàÿ õàðàêòåðèñòèêà èññëåäóåìîé çàâè-
ñèìîñòè ïðèâåäåíà íà ðèñ. 1. Èç ýòîé çàâèñèìîñòè
ñëåäóåò, ÷òî ïîðîã ñðàáàòûâàíèÿ ýëåìåíòà (ìèíèìàëü-
íîå çíà÷åíèå îñâåùåííîñòè Å0, ïðè êîòîðîì îòêðû-
âàåòñÿ òðàíçèñòîð) çàâèñèò îò âåëè÷èíû ïîðîãîâîãî
íàïðÿæåíèÿ ÄÌÎÏ-òðàíçèñòîðà è îïðåäåëÿåòñÿ èç
óñëîâèÿ
( )õõ 0 ï î ð.NU E U= (12)
Ïðè âîçäåéñòâèè ñâåòîâûì èçëó÷åíèåì íà áàòà-
ðåþ ôîòîäèîäîâ â çàâèñèìîñòè îò ïîëÿðíîñòè èõ
âêëþ÷åíèÿ â ñõåìó óïðàâëåíèÿ ýëåìåíòîâ îò âíåø-
íåãî èñòî÷íèêà ïèòàíèÿ ìîæíî óìåíüøàòü èëè óâå-
ëè÷èâàòü òîê ñòîêà Iñè (ðèñ. 2)
Çàâèñèìîñòü òîêà Iñè îò îñâåùåííîñòè Å ïðè íå-
ñîâïàäåíèè ïîëÿðíîñòåé íàïðÿæåíèÿ èñòî÷íèêà ïè-
òàíèÿ è ôîòî-ýäñ ôîòîäèîäîâ, îñâåùåííûõ ñâåòîâûì
èçëó÷åíèåì ëàìï íàêàëèâàíèÿ, ïðèâåäåíà íà ðèñ. 3.
Çàâèñèìîñòü ÷óâñòâèòåëüíîñòè ýëåìåíòîâ îò äëè-
íû âîëíû ïàäàþùåãî èçëó÷åíèÿ àíàëîãè÷íà ñïåêò-
Iñè, ìÀ
300
200
100
0 100 200 Å, ëê
Ðèñ. 1. Ïåðåäàòî÷íàÿ õàðàêòåðèñòèêà ñèñòåìû «ÄÌÎÏ-
òðàíçèñòîð � ïîñëåäîâàòåëüíî ñîåäèíåííûå ôîòîäèî-
äû», ðàáîòàþùåé â ôîòîãàëüâàíè÷åñêîì ðåæèìå
Òåõíîëîãèÿ è êîíñòðóèðîâàíèå â ýëåêòðîííîé àïïàðàòóðå, 2008, ¹ 6
25
ÝËÅÊÒÐÎÍÍÛÅ ÑÐÅÄÑÒÂÀ: ÈÑÑËÅÄÎÂÀÍÈß, ÐÀÇÐÀÁÎÒÊÈ
ðàëüíîé õàðàêòåðèñòèêå ôîòîäèîäîâ. Ïðè ýòîì èõ
âûõîäíûå òîêè ìîãóò ïðåâûøàòü òîêè ôîòîäèîäîâ íà
íåñêîëüêî ïîðÿäêîâ.
Ìèêðîýëåêòðîííîå èñïîëíåíèå îïòîýëåêòðîííûõ
ïåðåêëþ÷àþùèõ ýëåìåíòîâ «ôîòîäèîäû�ÄÌÎÏ-
òðàíçèñòîðû» âîçìîæíî íà êðåìíèåâûõ ñòðóêòóðàõ
ñ äèýëåêòðè÷åñêîé èçîëÿöèåé (ÊÑÄÈ), ïîçâîëÿþùèõ
îñóùåñòâëÿòü ïëàíàðíîå ðàñïîëîæåíèå êîíòàêòîâ ê
îáëàñòÿì ÄÌÎÏ-ñòðóêòóðû.
Î÷åâèäíî, ÷òî äëÿ îáåñïå÷åíèÿ óäîâëåòâîðèòåëü-
íûõ çíà÷åíèé äëèòåëüíîñòè ôðîíòîâ âûõîäíûõ èì-
ïóëüñîâ, à òàêæå âîçìîæíîñòè ïîäêëþ÷åíèÿ èñïîë-
íèòåëüíûõ óñòðîéñòâ ê øèíàì ðàçíîé ïîëÿðíîñòè,
íåîáõîäèìî èñïîëüçîâàíèå äîïîëíèòåëüíûõ óñòðîéñòâ
ñîãëàñîâàíèÿ âûõîäíîãî ýëåêòðè÷åñêîãî ñèãíàëà áà-
òàðåè ôîòîäèîäîâ, ðàáîòàþùèõ â ôîòîãàëüâàíè÷å-
ñêîì ðåæèìå ñ åìêîñòüþ ïåðåêëþ÷àþùåãî ÄÌÎÏ-
òðàíçèñòîðà. Ýòî ðåàëèçîâàíî â ïðåäëîæåííîì íàìè
èíòåãðàëüíîì îïòîýëåêòðîííîì êîììóòàòîðå íà
ÄÌÎÏ-òðàíçèñòîðàõ ñ èñïîëüçîâàíèåì â êà÷åñòâå èñ-
õîäíîé ïîäëîæêè ìîíîêðèñòàëëè÷åñêîãî êðåìíèÿ
ÊÝÔ-4,5(100), ïðèíöèïèàëüíàÿ ýëåêòðè÷åñêàÿ ñõåìà
êîòîðîãî ïðèâåäåíà íà ðèñ. 4.
Ïðè ýòîì ÄÌÎÏ-òðàíçèñòîðû è ôîòîäèîäû èçãî-
òàâëèâàëèñü â îòäåëüíûõ èçîëèðîâàííûõ îêèñëîì
êàðìàíàõ. Ñ öåëüþ óìåíüøåíèÿ ñîïðîòèâëåíèÿ òåëà
ñòîêà ÄÌÎÏ-òðàíçèñòîðîâ, à òàêæå ñîïðîòèâëåíèÿ
ï-îáëàñòè ôîòîäèîäîâ èñõîäíàÿ ìîíîêðèñòàëëè÷å-
ñêàÿ ïëàñòèíà ëåãèðîâàëàñü ñóðüìîé. Ïðè ýòîì ñôîð-
ìèðîâàííûé äèôôóçèîííûé ñëîé, èãðàþùèé ðîëü
ñêðûòîãî ñëîÿ, èìåë ïîâåðõíîñòíîå ñîïðîòèâëåíèå
10 Îì/ ±20% è òîëùèíó 5 ìêì.
Ñíèæåíèå åìêîñòè ôîòîäèîäîâ îáåñïå÷èâàëîñü
âûïîëíåíèåì èõ ð-îáëàñòè â âèäå ñåòêè ïî ìåòîäèêå,
ïðåäëîæåííîé â [11]. Êîëè÷åñòâî ïîñëåäîâàòåëüíî
âêëþ÷åííûõ ôîòîäèîäîâ N=15 âûáèðàëîñü èç óñëî-
âèÿ, ÷òî íàïðÿæåíèå ôîòîãàëüâàíè÷åñêîé áàòàðåè äîë-
æíî ïðåâûøàòü çíà÷åíèå ïîðîãîâîãî íàïðÿæåíèÿ òðàí-
çèñòîðà VT3 (ðèñ. 4).
Íà ðèñ. 5 ïðèâåäåí ôðàãìåíò ïîïåðå÷íîãî ñå÷å-
íèÿ ñòðóêòóðû èíòåãðàëüíîãî êîììóòàòîðà.
Ñ öåëüþ óìåíüøåíèÿ ñîïðîòèâëåíèÿ òåëà ñòîêà
ÄÌÎÏ-òðàíçèñòîðà â îòêðûòîì ñîñòîÿíèè ôîðìèðî-
âàëàñü n+-îáëàñòü ïîä êîíòàêòû ñòîêà íà ãëóáèíó çà-
ëåãàíèÿ ñêðûòîãî ñëîÿ. Àíàëîãè÷íûì îáðàçîì ôîð-
ìèðîâàëèñü êîíòàêòû ê n-îáëàñòè ôîòîäèîäà ñî ñêðû-
òûì ñëîåì.
P-êàíàëüíûå îáëàñòè íàãðóçî÷íûõ àêòèâíûõ è ïå-
ðåêëþ÷àþùèõ ÌÎÏ-òðàíçèñòîðîâ ôîðìèðîâàëèñü
ìåòîäîì èîííîãî ëåãèðîâàíèÿ. Èõ ïîâåðõíîñòíûå ñî-
ïðîòèâëåíèÿ ñîñòàâëÿëè 600�800 è 650�700 Îì/ ,
ñîîòâåòñòâåííî. Ð-îáëàñòè äèîäíûõ ñòðóêòóð ñ ïî-
âåðõíîñòíûì ñîïðîòèâëåíèåì Rs=150�200 Îì/ òàê-
Iñè, ìÀ
800
600
400
200
0 5 10 Uñè, Â
1 (3′)
2
2′
3
45 (1′)
Ðèñ. 2. Âûõîäíûå ÂÀÕ ïðè ïðÿìîì (1�5) è îáðàòíîì
(1′�3′) âêëþ÷åíèè ôîòîäèîäîâ ïðè ðàçíûõ çíà÷åíèÿõ
îñâåùåííîñòè (â ëê):
1′ � 0; 1 � 230; 2, 2′ � 450; 3, 3′ � 1340; 4 � 2300; 5 � 3500
Iñè, ìÀ
800
400
0 1000 2000 3000 Å, ëê
Ðèñ. 3. Ïåðåäàòî÷íàÿ õàðàêòåðèñòèêà ýëåìåíòîâ ïðè îá-
ðàòíîì âêëþ÷åíèè ôîòîäèîäîâ
PD1
PD2
PD3
Åï
VT1 VT2
VT3 VT4
VT5
Åï
R1 R2
VD1 VD2
VD3
Ðèñ. 4. Ïðèíöèïèàëüíàÿ ýëåêòðè÷åñêàÿ ñõåìà îïòîýëåêò-
ðîííîãî êîììóòàòîðà â èíòåãðàëüíîì èñïîëíåíèè
4
3
2
1
7
8
9
5
6
Al Al
Ðèñ. 5. Ôðàãìåíò ïîïåðå÷íîãî ñå÷åíèÿ êðèñòàëëà ÈÑ
èíòåãðàëüíîãî êîììóòàòîðà:
1 � ïîëèêðèñòàëëè÷åñêèé êðåìíèé; 2 � n+-îáëàñòü ïîä êîíòàêò
ñòîêà; 3 � èñòîê; 4 � èçîëèðóþùèé ñëîé îêèñè êðåìíèÿ; 5 �
çàòâîð; 6 � êîíòàêò ê ñòîêó; 7 � p-êàíàëüíàÿ îáëàñòü; 8 � ñòîêî-
âàÿ îáëàñòü; 9 � ñêðûòûé ñëîé
ï+
ðð
ïï
ï+
Òåõíîëîãèÿ è êîíñòðóèðîâàíèå â ýëåêòðîííîé àïïàðàòóðå, 2008, ¹ 6
26
ÝËÅÊÒÐÎÍÍÛÅ ÑÐÅÄÑÒÂÀ: ÈÑÑËÅÄÎÂÀÍÈß, ÐÀÇÐÀÁÎÒÊÈ
æå ôîðìèðîâàëèñü èîííûì ëåãèðîâàíèåì. Ãëóáèíà
çàëåãàíèÿ ð�ï-ïåðåõîäà ñîñòàâëÿëà 1,0 ìêì.
Íà ðèñ. 6 ïðèâåäåíà òîïîëîãèÿ ð-îáëàñòåé ñåò÷à-
òîé ñòðóêòóðû ôîòîäèîäîâ èíòåãðàëüíîãî êîììóòà-
òîðà.
Íà ðèñ. 7 ïðèâåäåíà çàâèñèìîñòü âðåìåíè âêëþ-
÷åíèÿ τâêë êîììóòàòîðà îò äëèíû âîëíû ïàäàþùåãî
èçëó÷åíèÿ. Ìèíèìàëüíîå çíà÷åíèå τâêë ñîñòàâëÿåò
12 ìêñ ïðè îñâåùåíèè îïòè÷åñêèì èçëó÷åíèåì ñ äëè-
íîé âîëíû 0,77 ìêì è âîçðàñòàåò êàê ïðè óìåíüøå-
íèè, òàê è ïðè óâåëè÷åíèè äëèíû âîëíû èçëó÷åíèÿ.
Î÷åâèäíî, ÷òî çàâèñèìîñòü τâêë îáóñëîâëåíà ñïåê-
òðàëüíîé õàðàêòåðèñòèêîé ÷óâñòâèòåëüíîñòè S=S(λ)
ôîòîáàòàðåè (ðèñ. 8).
Âðåìÿ âûêëþ÷åíèÿ ÈÑ îïðåäåëÿåòñÿ ëèíåéíûì
ñîïðîòèâëåíèåì àêòèâíîãî òðàíçèñòîðà VT4 (ðèñ. 4),
÷åðåç êîòîðûé ïðîèñõîäèò ðàçðÿäêà âõîäíîé åìêîñòè
êëþ÷åâîãî òðàíçèñòîðà VT5, è ñîñòàâëÿåò 0,5 ìêñ.
Ñëåäóåò îòìåòèòü, ÷òî íàïðÿæåíèå õîëîñòîãî õîäà
Uõõ ôîòîäèîäîâ áàòàðåè èçìåíÿëîñü îò 0,462 äî 0,475 Â
(ðèñ. 9) â äèàïàçîíå äëèíû âîëíû îïòè÷åñêîãî èçëó÷å-
íèÿ 0,6�1,0 ìêì. Òàêîå èçìåíåíèå Uõõ íåñóùåñòâåí-
íî âëèÿåò íà âûõîäíîé ýëåêòðè÷åñêèé ñèãíàë áàòàðåè
ôîòîäèîäîâ, ÿâëÿþùèéñÿ óðîâíåì îòïèðàíèÿ òðàí-
çèñòîðà VT3.
Ñîïðîòèâëåíèå êëþ÷åâîãî òðàíçèñòîðà VT5 (ðèñ. 4)
è ìàêñèìàëüíàÿ âåëè÷èíà êîììóòèðóåìîãî òîêà ïðè
êîìíàòíîé òåìïåðàòóðå ñîñòàâëÿëè 1,2 Îì è 0,6 À,
ñîîòâåòñòâåííî. Íàïðÿæåíèå êîììóòàöèè Åêîì ìîæåò
èçìåíÿòüñÿ â ïðåäåëàõ 0�50 Â.
1
2
3
4
5
6
7
Al Al
Ðèñ. 6. Ôðàãìåíò ïîïåðå÷íîãî ñå÷åíèÿ ôîòîäèîäà ÈÑ èíòåãðàëüíîãî êîììóòàòîðà:
1 � èçîëèðóþùèé ñëîé îêèñè êðåìíèÿ; 2 � p-îáëàñòü; 3 � n+-îáëàñòü ïîä êîíòàêò; 4 � ïîëèêðèñòàëëè÷åñêèé êðåìíèé;
5 � êîíòàêò; 6 � n-îáëàñòü; 7 � ñêðûòûé ñëîé
Âûâîäû
1. Ðàçðàáîòàíà ìàòåìàòè÷åñêàÿ ìîäåëü ïåðåêëþ-
÷àþùèõ ýëåìåíòîâ ñèñòåìû «ÄÌÎÏ-òðàíçèñòîðû �
ôîòîäèîäû», êîòîðàÿ óñòàíàâëèâàåò âçàèìîñâÿçü ìåæ-
äó èõ ýëåêòðè÷åñêèìè, êîíñòðóêòèâíûìè è ýëåêòðî-
ôèçè÷åñêèìè ïàðàìåòðàìè.
2. Ðàçðàáîòàíà êîíñòðóêöèÿ è òåõíîëîãèÿ èçãîòîâ-
ëåíèÿ èíòåãðàëüíîãî îïòîýëåêòðîííîãî êîììóòàòîðà
íà ÄÌÎÏ-òðàíçèñòîðàõ íà ïëàñòèíàõ ìîíîêðèñòàë-
ëè÷åñêîãî êðåìíèÿ ÊÝÔ-4,5(100) ñ èçîëÿöèåé ýëå-
ìåíòîâ äèýëåêòðè÷åñêîé ïëåíêîé SiO2 (ÊÑÄÈ).
3. Îïòîýëåêòðîííûé êîììóòàòîð ïîçâîëÿåò îñóùå-
ñòâëÿòü óïðàâëåíèå èñïîëíèòåëüíûìè óñòðîéñòâàìè,
ïîäêëþ÷àåìûìè ê ïîëîæèòåëüíûì è îòðèöàòåëüíûì
øèíàì ïèòàíèÿ.
4. Âåëè÷èíû êîììóòèðóåìîãî íàïðÿæåíèÿ è òîêà
ñîñòàâëÿþò 0�50 Â è 0�0,6 À, ñîîòâåòñòâåííî.
ð ð ð ð
ï
τâêë, ìêñ
39
33
27
21
15
0,6 0,7 0,8 0,9 λ, ìêì
Ðèñ. 7. Çàâèñèìîñòü âðåìåíè âêëþ÷åíèÿ ìèêðîñõåìû îò
äëèíû âîëíû îïòè÷åñêîãî èçëó÷åíèÿ
S, À/Âò
0,3
0,2
0,1
0,6 0,7 0,8 0,9 λ, ìêì
Ðèñ. 8. Ñïåêòðàëüíàÿ õàðàêòåðèñòèêà ÷óâñòâèòåëüíîñòè
ôîòîâîëüòàè÷åñêîé áàòàðåè
Uõõ, Â
0,474
0,468
0,462
0,6 0,7 0,8 0,9 λ, ìêì
Ðèñ. 9. Ñïåêòðàëüíàÿ çàâèñèìîñòü íàïðÿæåíèÿ õîëîñòî-
ãî õîäà äèîäîâ ôîòîâîëüòàè÷åñêîé áàòàðåè
Òåõíîëîãèÿ è êîíñòðóèðîâàíèå â ýëåêòðîííîé àïïàðàòóðå, 2008, ¹ 6
27
ÝËÅÊÒÐÎÍÍÛÅ ÑÐÅÄÑÒÂÀ: ÈÑÑËÅÄÎÂÀÍÈß, ÐÀÇÐÀÁÎÒÊÈ
ÈÑÏÎËÜÇÎÂÀÍÍÛÅ ÈÑÒÎ×ÍÈÊÈ
1. Ïåðåâåðòàéëî Â. Ë., Åïèôàíîâ À. À., Êàðåíãèí Â. Ã., Òàðà-
ñåíêî Ë. È. Èíòåãðàëüíûå ñõåìû ñàìîñêàíèðóåìûõ ëèíåéíûõ ôî-
òîïðèåìíèêîâ â èíòðîñêîïèè è òîìîãðàôèè // Òåõíîëîãèÿ è êîíñò-
ðóèðîâàíèå â ýëåêòðîííîé àïïàðàòóðå.� 2005.� ¹ 6.� Ñ. 1�6.
2. Àêñ¸íåíêî Ì. Ä., Áàðàíî÷íèêîâ Ì. Ë., Ñìîëèí Î. Â. Ìèêðî-
ýëåêòðîííûå ôîòîïðèåìíûå óñòðîéñòâà.� Ì.: Ýíåðãîèçäàò, 1984.
3. ßãàíîâ Ï. Î. ̳êðîåëåêòðîíí³ ïåðåòâîðþâà÷³ íà êðåìí³ºâ³é
ñòðóêòóð³ ç ä³åëåêòðè÷íîþ ³çîëÿö³ºþ / Àâòîðåô. äèñ. ... êàíä. òåõí.
íàóê.� Êè¿â: ÍÒÓÓ «Êϲ», 2006.
4. Ô³çè÷í³ îñíîâè åëåêòðîííî¿ òåõí³êè: Íàâ÷. ïîñ³áíèê / Çà ðåä.
Ç. Ãîòðè.� Ëüâ³â: Âèäàâíèöòâî ÍÓ �Ëüâ³âñüêà ïîë³òåõí³êà�, 2002.
5. Mendis, S. K., Kemeny, S. E., Gee, R. C. et al. CMOS àctive
pixel image sensors for highly integrated imaging systems // IEEE J.
Solid-State Circuits.� 1997.� Vol. 32, N 2.� P. 187�197.
6. Ïàò. 4717948 USA 1984 ã. Ïîëóïðîâîäíèêîâûé ïðèáîð ñ
îïòè÷åñêèì óïðàâëåíèåì / Ðåô. æóðíàë �Ýëåêòðîíèêà�.� 1989.
¹ 3.
7. Ïàò. 4346395 USA 1980 ã. Ôîòîäåòåêòîð íà îñíîâå ôîòîäè-
îäîâ è ÌÄÏ-òðàíçèñòîðîâ / Òàì æå.� 1983. ¹ 5.
8. Çàÿâêà 59-22360 ßïîíèè 1982 ã. ÌÎÏ-òðàíçèñòîð ñ îïòè-
÷åñêèì óïðàâëåíèåì / Òàì æå.� 1985. ¹ 9.
9. Ïîëèòàíñêèé Ë. Ô., Ëèõîáàáèí Í. Ï. Ýôôåêòèâíîå ïîðîãîâîå
íàïðÿæåíèå ÄÌÎÏ-òðàíçèñòîðîâ // Ýëåêòðîííàÿ òåõíèêà. Ñåð. Ïî-
ëóïðîâîäíèêîâûå ïðèáîðû.� 1985.� Âûï. 3 (176).� Ñ. 54�56.
10. Ïèêóñ Ã. Å. Îñíîâû òåîðèè ïîëóïðîâîäíèêîâûõ ïðèáî-
ðîâ.� Ì.: Íàóêà, 1965.
11. Áëûíñêèé Â. È., Âàñèëåâñêèé Þ. Ã., Ìàëûøåâ Ñ. À., ×èæ À. Ë.
Êðåìíèåâûé ôîòîäèîä ñ ñåò÷àòûì p�n-ïåðåõîäîì // Ôèçèêà è òåõ-
íèêà ïîëóïðîâîäíèêîâ.� 2007.� Ò. 41, âûï. 2.� Ñ. 229�232.
Í
Î
Â
Û
Å
Ê
Í
È
Ã
È
Íàóíäîðô Ó. Àíàëîãîâàÿ ýëåêòðîíèêà: îñíîâû, ðàñ÷åò, ìîäåëèðîâàíèå.�
Ì.: Òåõíîñôåðà, 2008.� 472 ñ.
Çíàíèå îñíîâ àíàëîãîâîé ñõåìîòåõíèêè ÿâëÿåòñÿ áàçîé ïðàêòè÷åñêè ëþáîé òåõ-
íè÷åñêîé ñïåöèàëüíîñòè.
 êíèãå ïîäðîáíî ðàññìîòðåíû îñíîâíûå ýëåêòðîííûå ýëåìåíòû è áàçîâûå ñõåìû
ñ íèìè. Îñîáîå âíèìàíèå óäåëÿåòñÿ íåëèíåéíûì ýëåìåíòàì, êîòîðûå àíàëèçèðó-
þòñÿ ïîñðåäñòâîì ñîîòâåòñòâóþùåãî ïðèáëèæåíèÿ, ñ ïîñëåäóþùèì ìîäåëèðîâà-
íèåì èõ õàðàêòåðèñòèê íà êîìïüþòåðå äëÿ ïðàêòè÷åñêîãî óñâîåíèÿ ìàòåðèàëà.
Íà CD çàïèñàíû èñïîëüçóåìûå â ïðîöåññå èçó÷åíèÿ ïðîãðàììû SPICE è
GNUPLOT, à òàêæå äîêóìåíòàöèÿ è ïðîãðàììû-ïðèìåðû äëÿ ñèñòåì LINUX è
Windows.
Áîëüøîå êîëè÷åñòâî óïðàæíåíèé, âîçìîæíîñòü ïðîâåðÿòü ðàñ÷åòû ïîñðåäñòâîì
êîìïüþòåðíîãî ìîäåëèðîâàíèÿ, íàãëÿäíîñòü äåëàþò êíèãó ïðåêðàñíûì ñîâðå-
ìåííûì ó÷åáíèêîì, îñîáåííî ïîëåçíûì ñòóäåíòàì ïåðâûõ êóðñîâ, èçó÷àþùèì
ýëåêòðîíèêó â òåõíè÷åñêèõ óíèâåðñèòåòàõ. Êíèãà ïðåäíàçíà÷åíà òàêæå èíæå-
íåðàì-ïðàêòèêàì, òåõíèêàì è âñåì èíòåðåñóþùèìñÿ ýëåêòðîíèêîé è ñõåìîòåõ-
íèêîé.
ÍÎÂÛÅ ÊÍÈÃÈ
Í
Î
Â
Û
Å
Ê
Í
È
Ã
È
Òèòöå Ó., Øåíê Ê. Ïîëóïðîâîäíèêîâàÿ ñõåìîòåõíèêà: Â 2-õ òîìàõ.�
Äîäýêà-XXI, 2008.� 1774 ñ.
«Ïîëóïðîâîäíèêîâàÿ ñõåìîòåõíèêà» � ïåðåâîä 12-ãî èçäàíèÿ øèðîêîèçâåñòíîé
êíèãè Óëüðèõà Òèòöå è Êðèñòîôà Øåíêà (â 1982 ãîäó èçäàòåëüñòâî «Ìèð»
âûïóñòèëî ïåðåâîä 5-ãî èçäàíèÿ ýòîé êíèãè). Ýòî ôóíäàìåíòàëüíûé òðóä, îáúå-
äèíÿþùèé ïðèíöèïû óñòðîéñòâà ïîëóïðîâîäíèêîâûõ ýëåìåíòîâ (äèîäû, áèïî-
ëÿðíûå è ïîëåâûå òðàíçèñòîðû, èíòåãðàëüíûå ìèêðîñõåìû) è îñíîâû ñîçäàíèÿ
èç ýòèõ ýëåìåíòîâ ðàçëè÷íûõ ôóíêöèîíàëüíûõ óçëîâ àíàëîãîâîé (óñèëèòåëè,
ìîäóëÿòîðû, ôèëüòðû, ðàäèîïðèåìíèêè) è öèôðîâîé (ñïóñêîâûå ñõåìû, ñ÷åò-
÷èêè, ðåãèñòðû, øèôðàòîðû è äåøèôðàòîðû, óñòðîéñòâà ïàìÿòè è ò.ä.) òåõíèêè.
Êíèãà ñîñòîèò èç äâóõ òîìîâ: ïåðâûé ïîñâÿùåí îñíîâàì ñõåìîòåõíèêè, âòîðîé �
ïðèìåíåíèÿì ôóíêöèîíàëüíûõ óçëîâ ïðè ñîçäàíèè áîëåå ñëîæíûõ óñòðîéñòâ.
Ïðè èçëîæåíèè ìàòåðèàëà øèðîêî èñïîëüçóþòñÿ ýêâèâàëåíòíûå ñõåìû êàê ïî-
ëóïðîâîäíèêîâûõ ýëåìåíòîâ, òàê è ôóíêöèîíàëüíûõ óçëîâ, ñîîòâåòñòâóþùèå
ðàáîòå â îáëàñòè ïîñòîÿííîãî òîêà è íèçêèõ/âûñîêèõ ÷àñòîò. Îñîáîå âíèìàíèå
óäåëåíî òàêæå ïåðåõîäíûì ïðîöåññàì öèôðîâûõ ñõåì. Îïèñàíèå êàæäîãî ýëå-
ìåíòà èëè ñõåìû ñîïðîâîæäàåòñÿ íåîáõîäèìûì êîëè÷åñòâîì äîñòàòî÷íî ýëåìåí-
òàðíûõ ôîðìóë, ñëóæàùèõ äëÿ èõ èíæåíåðíîãî ðàñ÷åòà.
Ýíöèêëîïåäè÷åñêàÿ ïîëíîòà, îáèëèå ñàìûõ ðàçíûõ ñõåì è äîñòóïíîå ìàòåìàòè-
÷åñêîå îáîñíîâàíèå äåëàþò êíèãó ïîëåçíîé øèðîêîìó êðóãó ÷èòàòåëåé: ðàäèî-
ëþáèòåëÿì, òåõíèêàì ðåìîíòíûõ ïðåäïðèÿòèé, èíæåíåðàì ðàäèîòåõíèêè è ýëåê-
òðîíèêè è íàó÷íûì ðàáîòíèêàì.
|