Автор: Пользователь скрыл имя, 30 Октября 2013 в 00:21, реферат
При організації комплексів електронних пристроїв важливу роль відіграє інформація, яка надається в матеріально-енергетичній формі у вигляді електричних сигналів. Під інформацією звичайно розуміють істотні і представницькі характеристики об'єктів або процесів. З отриманням (відбором), передачею та обробкою інформації пов'язані дії всіх електронних пристроїв. Всі матеріальні процеси мають свою інформаційну сторону, тобто відображаються у вигляді кількісних даних. У процесі роботи електронних пристроїв здійснюється перетворення інформації.
I
План:
Поняття інформації
Функціонування інформації в електронних пристроях
При організації комплексів електронних пристроїв важливу роль відіграє інформація, яка надається в матеріально-енергетичній формі у вигляді електричних сигналів. Під інформацією звичайно розуміють істотні і представницькі характеристики об'єктів або процесів. З отриманням (відбором), передачею та обробкою інформації пов'язані дії всіх електронних пристроїв. Всі матеріальні процеси мають свою інформаційну сторону, тобто відображаються у вигляді кількісних даних. У процесі роботи електронних пристроїв здійснюється перетворення інформації.
З точки зору логіки функціонування електронних пристроїв і систем можна виділити наступні інформаційні процеси: отримання (відбір), передача, обробка та зберігання, подання інформації, вироблення керуючих впливів.
Отримання інформації пов'язані зі сприйняттям і оцінкою стану об'єкта або процесу. Результатом сприймання є сигнал у формі, зручній для передачі або обробки.
Передача інформації полягає в перенесенні її на відстань за допомогою сигналів різної фізичної природи за механічними, оптичним, акустичним, електромагнітним і інших каналів зв'язку. Для передачі найчастіше використовуються електричні і електромагнітні канали зв'язку з добре розробленою технікою передачі сигналів на відстань.
Обробка і зберігання інформації полягає в машинному вирішенні завдань, пов'язаних з перетворенням інформації, незалежно від їх функціонального призначення. Обробка проводиться за допомогою пристроїв або машин, які здійснюють цифрові перетворення вступників величин і функцій. Проміжним етапом обробки є зберігання інформації в запам'ятовуючих пристроях.
Представлення інформації потрібна в тих випадках, коли в процесі управління та контролю приймає участь людина. Воно полягає в демонстрації зображень, що містять якісні і кількісні характеристики інформації, що циркулює в системі. Для цього використовуються різні пристрої відображення інформації та реєструючі пристрої, наприклад, індикатори, електронно-променеві трубки, мнемосхеми і табло, графічні реєструючі пристрої і т. п.
Вироблення керуючого впливу полягає в тому, що несе інформацію сигнал здійснює регулювання або управління, викликаючи зміни в об'єкті управління. Зазвичай вплив здійснюється за допомогою виконавчих пристроїв, розташованих на об'єкті.
Зазначені інформаційні процеси можуть бути розглянуті на прикладі комплексу технічних пристроїв, призначених для розв'язання задачі управління автоматизованим об'єктом. Проходження інформації та основні етапи її перетворення представлені на рис. 1. Технічні пристрої, що входять в систему, розділені за функціональною ознакою. Пристрої перетворення інформації забезпечують приведення повідомлень, що надходять від об'єкта, до виду, зручному для подальшої обробки.
Рис. 1.
Таким чином, в розглянутому комплексі технічних засобів відповідно до характеру інформаційних процесів можна виділити пристрої: відбору, передачі, перетворення, відображення та реєстрації, інформації, а також виконавчі пристрої.
У залежності від призначення і складності комплексу співвідношення окремих технічних засобів буде різним, проте завжди можна виділити деяку частину апаратури, що виконує описані функції. Оскільки процес управління нерозривно пов'язаний з перетвореннями інформації, важливими характеристиками технічних пристроїв, що визначають доцільність включення їх до складу комплексу, є інформаційні характеристики, наприклад, такі як інформаційна ємність, пропускна здатність, інформаційна продуктивність та інші, визначені з використанням підходів і методів теорії інформації.
Застосування теорії інформації дасть можливість отримати чисельні оцінки, що характеризують стан і поведінку систем управління, систем передачі і перетворення інформації, систем обробки і відображення інформації. І хоча єдина інформаційна теорія складних систем ще знаходиться в стадії розробки, вже зараз отримані важливі наукові результати в області створення інформаційної теорії вимірювань і вимірювальних пристроїв, систем передачі інформації, контролю і управління.
Питання:
Які питання будут розглядатися у цьому курсі?
Яку роль відіграють електронні прилади у передачі інформації?
Література:
Сенько В.І., Панасенко М.В., Сенько Є.В.
Електроніка і мікросхемотехніка. - Т.1. Елементна база
електронних пристроїв. - Київ: Обереги, 2000.-300с.
План:
Фізичні властивості
Зонна структура
Оптичні властивості напівпровідників
Поглинання світла
Використання
Напівпровідни́к — матеріал, електропровідність якого має проміжне значення між провідностями провідника та діелектрика.
Фізичні властивості
Характерна риса напівпровідників — зростання електропровідності зі зростанням температури; при низьких температурах електропровідність мала. При температурі близькій до абсолютного нуля напівпровідники мають властивості ізоляторів. Кремній, наприклад, при низькій температурі погано проводить електрику, але під впливом світла, тепла чи напруги електропровідність зростає.
Зонна структура напівпровідника
Напівпровідники мають повністю заповнену валентну зону, відділену від зони провідності неширокою забороненою зоною. Ширина забороненої зони напівпровідників зазвичай менша за 3 еВ. Неширока заборонена зона призводить до того, що при підвищенні температури ймовірність збудження електрона у зону провідності зростає за експоненційним законом. Саме цим фактом зумовлене збільшення електропровідності власних напівпровідників.
Ще більше на електропровідність напівпровідників впливають домішки — донори й акцептори. Завдяки доволі великій діелектричній проникності домішкові рівні в забороненій зоні розташовані дуже близько до зони провідності чи до валентної зони (< 0.5 еВ), й легко іонізуються, віддаючи електрони в зону провідності чи забираючи їх із валентної зони. Леговані напівпровідники мають значну електропровідність.
Невелика ширина забороненої зони також сприяє фотопровідності напівпровідників.
В залежності від концентрації
домішок напівпровідники
У напівпровідникових приладах використовуються унікальні властивості контакту областей напівпровідника, одна з яких належить до n-типу, інша до p-типу — так званих p-n переходів. p-п переходи проводять струм лише в одному напрямку. Схожі властивості мають також контакти між напівпровідниками й металами — контакти Шоткі.
Оптичні властивості напівпровідників
Поглинання світла
Поглинання світла напівпровідниками зумовлене переходами між енергетичними станами зонної структури. З огляду на принцип виключення Паулі електрони можуть переходити тільки із заповненого енергетичного стану в незаповнений. У власному напівпровіднику усі стани валентної зони заповнені, а всі стани зони провідності незаповнені, тому переходи можливі лише з валентної зони в зону провідності. Для здійснення такого переходу електрон повинен отримати від світла енергію, не меншу за ширину забороненої зони. Фотони з меншою енергією не викликають переходів між електронними станами напівпровідника, тому напівпровідники прозорі в області частот , де Eg — ширина забороненої зони, — зведена стала Планка. Ця частота визначає фундаментальний край поглинання для напівпровідника. Для напівпровідників, які найчастіше застосовуються в електроніці (кремнію, германію, арсеніду галію) вона лежить в інфрачервоній області спектру.
Додаткові обмеження на поглинання світла напівпровідниками накладають правила відбору, зокрема закон збереження імпульсу. Закон збереження імпульсу вимагає, щоб квазі-імпульс кінцевого стану відрізнявся від квазі-імпульсу початкового стану на величину імпульсу поглинутого фотона. Хвильове число фотона 2π / λ, де λ — довжина хвилі, дуже мале в порівнянні з вектором оберненої ґратки напівпровідника, або, що те ж саме, довжина хвилі фотона у видимій області набагато більша за характерну міжатомну віддаль у напівпровіднику, що призводить до вимоги того, щоб квазі-імпульс кінцевого стану при електронному переході практично дорівнював квазі-імпульсу початкового стану. При частотах близьких до фундаментального краю поглинання це можливо лише для прямозонних напівпровідників. Оптичні переходи в напівпровідниках, при яких імпульс електрона майже не змінюється називаються прямими або вертикальними. Імпульс кінцевого стану може значно відрізнятися від імпульсу початкового стану, якщо в процесі поглинання фотона бере участь ще інша, третя частинка, наприклад, фонон. Такі переходи теж можливі, хоча й менш імовірні. Вони називаються непрямими переходами.
Таким чином, прямозонні напівпровідники, наприклад, арсенід галію починають сильно поглинати світло, коли енергія його кванта перевищує ширину забороненої зони. Такі напівпровідники дуже зручні для використання в оптоелектроніці.
Непрямозонні напівпровідники, наприклад, кремній, поглинають в області частот світла з енергією кванта ледь більшою за ширину забороненої зони значно слабше, лише завдяки непрямим переходам, інтенсивність яких залежить від присутності фононів, а, отже, від температури. Гранична частота прямих переходів для кремнію більша за 3 еВ, тобто лежить в ультрафіолетовій області спектру.
При переході електрона з валентної зони в зону провідності в напівпровіднику виникають вільні носії заряду, а отже фотопровідність.
При частотах, нижчих за край фундаментального поглинання, можливе поглинання світла, зв'язане зі збудженням екситонів, присутністю домішок і поглинанням фононів. Екситонні зони розташовані в напівпровіднику дещо нижче від дна зони провідності завдяки енергії зв'язку екситона. Екситонні спектри поглинання мають воднеподібну структуру. Аналогічним чином домішки, акцептори чи донори, створюють акцепторні чи донорні рівні, що лежать у забороненій зоні. Вони значно модифікують спектр поглинання легованого напівпровідника. Якщо при непрямому переході одночасно з квантом світла поглинається фонон, то енергія поглинутого світлового кванта може бути меншою на величину енергії фонона, що приводить до поглинання на частотах дещо менших від фундаментального краю.
Використання
Кремній найчастіше використовується в діодах, світлодіодах, транзисторах, випрямлячах і інтегральних схемах (чіпах), сонячних елементах. Окрім кремнію широко використовуються арсенід галію, арсенід алюмінію, германій та багато інших. В останні роки дедалі популярніші органічні напівпровідники, які застосовуються, наприклад, у копіювальній техніці.
Питання:
Дайте визначення поняттю напівпровідник?
Які фізичні властивості напівпровідника?
Які оптичні властивості напівпровідника?
Де використовуються?
Література:
Ансельм А.И. Введение в физику полупроводников., 1978, Москва: Наука..
Бонч- Бруевич В.Л., Калашников С.Г. Физика полупроводников, 1977, Москва: Наука..
Курносов А.И. Материалы для полупроводниковых приборов и интегральных схем, 1980, Москва: Высшая школа.
Напівпровідникові переходи і контакти.
Електронно-дирочний перехід
До напівпровідників відносяться речовини, що займають по величині питомої електричної провідності проміжне положення між металами і діелектриками. Їх питома електрична провідність лежить у межах від 10-8 до 105 див/м и в відмінність від металів вона зростає з ростом температури.
Напівпровідники являють
собою досить численну групу речовин.
До них відносяться хімічні
В електроніці знаходять застосування обмежена кількість напівпровідникових матеріалів. Це насамперед кремній, германій, і арсенід галію. Ряд речовин, таких як бор, миш'як, фосфор використовуються як домішки.
Застосовувані в електроніці напівпровідники мають дуже зроблену кристалічну структуру. Їхні атоми розміщені в просторі в строго періодичній послідовності на постійних відстанях друг від друга, утворити кристалічні ґрати. Ґрати найбільш розповсюджених в електроніці напівпровідників - германія і кремнію - мають структуру алмазного типу. У таких ґратах кожен атом речовини оточений чотирма такими ж атомами, що знаходяться у вершинах правильного тетраедра.
Кожен атом, що знаходиться в кристалічних ґратах, електричний нейтральний. Сили, що утримують атоми у вузлах ґрат, мають квантовомеханічний характер; вони виникають за рахунок обміну взаємодіючих атомів валентними електронами. Подібний зв'язок атомів зветься ковалентного зв'язку, для її створення необхідний пара електронів.
У германії і кремнії, що є чотирьохвалентними елементами, на зовнішній оболонці мається по чотирьох ковалентні зв'язки з чотирма найближчими, навколишніми його атомами.
Носії заряду в напівпровіднику.
У розглянутих ідеальних ґратах всі електрони зв'язані зі своїми атомами, тому така структура не повинна проводити електричний струм. Однак у напівпровідниках (що докорінно відрізняє їх від діелектриків) порівняно невеликі енергетичні впливи, обумовлені чи нагріванням опроміненням, можуть привести до розриву деяких валентних зв'язків у ґратах. При цьому валентний електрон, що відірвався від свого атома, переходить у новий стійкий стан, у якому він має здатність переміщатися по кристалічним ґратам. Такі зірвані з валентних зв'язків рухливі електрони називаються електронами провідності. Вони обумовлюють електропровідність напівпровідника, називану електронною електропровідністю (мал.1.1).
Мінімальна величина енергії DW, яку необхідно повідомити валентному електрону для того, щоб відірвати його від атома і зробити рухливим, залежить від структури ґрат і, отже, є параметром напівпровідника.