مقاله ترانزیستور های مسطح و سه بعدی و اثرات آن ها در فرکانس های بالا و پایین و نشت جریان در مدارات

توجه : به همراه فایل word این محصول فایل پاورپوینت (PowerPoint) و اسلاید های آن به صورت هدیه ارائه خواهد شد

  مقاله ترانزیستور های مسطح و سه بعدی و اثرات آن ها در فرکانس های بالا و پایین و نشت جریان در مدارات دارای ۱۶ صفحه می باشد و دارای تنظیمات در microsoft word می باشد و آماده پرینت یا چاپ است

فایل ورد مقاله ترانزیستور های مسطح و سه بعدی و اثرات آن ها در فرکانس های بالا و پایین و نشت جریان در مدارات  کاملا فرمت بندی و تنظیم شده در استاندارد دانشگاه  و مراکز دولتی می باشد.

توجه : در صورت  مشاهده  بهم ریختگی احتمالی در متون زیر ،دلیل ان کپی کردن این مطالب از داخل فایل ورد می باشد و در فایل اصلی مقاله ترانزیستور های مسطح و سه بعدی و اثرات آن ها در فرکانس های بالا و پایین و نشت جریان در مدارات،به هیچ وجه بهم ریختگی وجود ندارد

بخشی از متن مقاله ترانزیستور های مسطح و سه بعدی و اثرات آن ها در فرکانس های بالا و پایین و نشت جریان در مدارات :

چکیده

این مقاله با بررســی ســاختار درونی ترانزیســتورهای BJT و FET اثراتی که بر مدارات الکترونیکی میگذارند را بررســی کرده و مدلی برای جایگزینی ترانزیســـتور HBT برای بهبود رســـانایی خروجی با مقیاس نانو متری ارئه میدهد و میتوان گفت که با جایگزینی این ترانزیستور ها در مدارات با تقویت بسیار بالا نویز بسیار کمتری خواهیم داشت. نتایج شبیه سازی مداری اثرات این ترانزیستور ها بیان شده است. ترانزیستور HBT در دریافت کننده های مدار مجتمع نوری استفاده میشود. در این تحقیق آنالیز رفتار نویز در ترانزیستور های مسطح ارائه میگردد. در این امر نسبت سیگنال به نویز در خروجی و نویز ها در فرکانس های بالا و پایین مورد برر سی قرار میگیرند. در ادامه نسل نوین ترانزیستور ها معرفی میگرددکه با عبارت سه بعدی شناخته می شوند زیرا میتوانند در سه جهت فعالیت کنند،که این مدل از ترانزیستور ها با افزایش کارایی نسبت به نسل قبل خود به انرژی کمتری برای کارایی مشـابه نیاز دارند زیرا در این ترانزیسـتور ها با افزایش القا کاهش نشـت الکترونی در مدار ها را خواهیم داشـت. این روش با اینکه چندان پیچیده به نظر نمی رسد اما عملکرد قابل توجهی دارد.

واژههای کلیدی:ترانزیستور HBT،بهبود رسانایی،مدار مجتمع نوری،ترانزیستور سه بعدی،ترانزیستور مسطح،نشت الکترونی.

-۱ مقدمه

۱

از روزی که بشـر موفق به شـناسـایی و اسـتفاده از ذرهی بینهایت کوچک الکترون شـد،افق جدیدی به روی علم فیزیک باز شـد و تحولات خارق العاده ای در اغلب زمینه های علمی به وجود آمد. عصر نوین الکترونیک نیمه رساناها با اختراع ترانزیستور دو قطبی در ۱۹۴۸ توسط باردین،براتاین و شاکلی در آزمایشگاههای تلفن بل آغاز شد. این قطعه به همراه اثر میدانی خود تأثیر شگفتی روی تمام حوزه های زندگی نوین گذاشته است. نیمه رسانا ها گروهی از مواد هستند که رسانایی الکتریکی آن ها بین فلزات و عایق ها قرار دارد. ویژگی مهم این مواد این اســت که با تغییر دما،برانگیزش نوری و میزان ناخالصــی به نحو قابل ملاحظه ای تغییر میکند.

این تغییر خواص الکتریکی،مواد نیمه رسانا را انتخاب مناسبی برای تحقیق در زمینهی قطعات الکترونیکی ساخته است. ویژگیهای الکترونیکی و نوری مواد نیمه ر سانا به شدت تحت تأثیر ناخال صی هایی ا ست که به صورت مقادیر دقیقاً کنترل شده ای به آن ها افزوده میشود.

در ۱۹۵۰ ترانزیستور ها جایگزین لامپ های خلاء در بسیاری از سیستم های الکترونیک از جمله کامپیوتر شدند. تا آنکه در ۱۹۵۹ اولین مدار مجتمع با موفقیت توســـط Jack.kilby در Texas Instrumen ســـاخته شـــد. قبل از اختراع Ic اســـتفاده از

ترانزیســتور،همراه با دیگر قطعات مجزا مانند خازن ها و مقاومت در طراحی کامپیوتر مرســوم شــده بود. ترانزیســتور های اولیه از ژرمانیوم ساخته میشدند،تا اینکه به منظور استفاده از سیلیکان بکارگیری آن متوقف شد. دلیل این بود که کوچک ترین افزایش در دما موجب تولید جریان زیادی در ترانزیسـتور های مبتنی بر ژرمانیوم میگردید. از دید سـاختار نیمه هادی،به دلیل کوچکتر بودن شکاف باند ژرمانیوم از سیلیکان،هنگام افزایش هرچند کوچک دما،جریان زیادی از باند ظرفیت به باند هدایت ایجاد میشد. تا اواخر دهه ۱۹۶۰،اســتفاده از Ic های مبتنی بر ســیلیکان،در ســیســتم های کامپیوتر های بزرگ و مینی کامپیوتر ها بســیار رایج بود.
ترانزی ستور ها و Ic ها بر پایه مواد نوع P ساخته می شدند. به دلیل بالا بودن سرعت الکترون ها ن سبت به حفره ها(حدود ۲/۵
برابر)،مدارات نوع N جاگزین نوع P گردیدند. در اواسـط دهه ۱۹۷۰،ترانزیسـتور های NPN و NMOS در هر بخش از صـنعت الکترونیک از جمله ریز پردازنده ها،جایگزین PNP و PMOS شـــدند.از اوایل دهه ۱۹۸۰،CMOS تکنیک حاکم بر طراحی IC

شد.]ب[

ترانزیستور یک قطعه ی سه سر با این ویژگی مهم است که جریان گذرنده از دو سر آن را میتوان با تغییرات اندکی که در جریان یا ولتاژ ســر ســوم ایجاد میکنیم کنترل کرد. این ویژگی مهم به ما این امکان را میدهد که ســیگنال های کوچک a-c را تقویت کرده و یا قطعه را از حالت روشن به خاموش و یا بر عکس سوئیچ کنیم. این دو عمل تقویت و سوئیج پایهی تعداد زیادی از عملیات الکترونیکی را تشکیل میدهند.

پیش از آنکه به بررسـی نحوه سـاختار ترانزیسـتور سـه بعدی بپردازیم ابتدا نحوهی کار ترانزیسـتور های سـنتی تشـریح میشـود.
ترانزیستور مسطح یک ترانزیستور سنتی به شمار می رود که برای نخستین بار در آغاز عصر ریز تراشه ها اختراع شد و تا امروز یکی از عناصر اصلی مدار های الکتریکی را تشکیل میدهد.

-۲ مبانی عملکرد ترانزیستور پیوندی دو قطبی((BJT

ترانزیستور دوقطبی در اصل یک قطعهی الکترونیکی سه پایه میباشد که کاربرد های فراوانی در تقویت کننده ها،مدارات منطقی
گسسته و ساخت حافظه ها دارد. این نوع ترانزیستور ها شامل سه قطعه نیمه هادی میباشند که به هریک از پایه های آن متصل است و در دو نوع PNP و NPN ساخته میشود.

ترانزیستور پیوندی دوقطبی از طریق باربر های اقلیت در یک پیوند با گرایش مستقیم استفاده می کند. با توجه به شکل ۱ در ترانزیستور های دوقطبی نوع NPN،حامل الکترونی که امیتر را ترک میکند باید بر دوسد ولتاژ قبل از رسیدن به کلکتور غلبه کند.

یکی از آن ها پیوند N-P بیس- امیتر و دیگری پیوند P-N بیس کلکتور است. ولتاژ مرز کلکتور – بیس برای غلبه الکترون مشکلتر است زیرا به صورت معکوس تغذیه شده است و اتلاف توان بیشتری را موجب می شود. این مشکل ساختاری در ترانزیستور های نوع
PNP نیز وجود دارد.(شکل(۲
برای داشتن یک ترانزیستور PNP خوب ترجیح داده میشود تا تقریباً تمام حفره های تزریقی توسط امیتر به داخل بیس در کلکتور جمع آوری شود. پس ناحیهی بین N باید باریک بوده و طول عمر حفره ها زیاد باشد. شرط بعدی این است که جریان گذرنده از

۲

پیوند امیتر باید تقریباً به طور کامل از حفره های تزریق شده به بیس در مقایسه با الکترون های عبوری از بیس به امیتر تشکیل شده باشد،این شرط با سبک گرفتن ناخالصی ناحیهی بیس در مقایسه با امیتر حاصل میشود.

شکل((۱ ترانزیستور نوعNPN

شکل((۲ ترانزیستور نوعPNP

-۲-۱ محدودیت های فرکانسی ترانزیستور ها

بارزترین محدودیت فرکانسی ترانزیستورها وجود ظرفیت پیوندی در محل پیوندهای امیتر و کلکتور است.مدار معادل ترانزیستور

BJT در فرکانس های بالا نشان داده شده است.(شکل(۳خازن های پیوندی Cje و Cjc را در مدل های مداری ترانزیستور منظور میکنیم (شکل.(۴اگر مقاومت معادل rb بین اتصال بیس و بخش فعال ناحیهی بیس موجود باشد می توانیم آن را به همراه rc جهت منظور کردن مقاومت سری کلکتور در مدل ضمیمه کنیم.در مدار های a-c معمولاً ترانزیستور به یک نقطهی کار حالت ماندگار معین که توسط مقادیر d-c مشخص میشود،گرایش شده و سپس سیگنال a-c به این مقادیر ماندگار اضافه میشود.اگر یک سیگنال a-c کوچک به پیوند p-n امیتر که دارای یک ولتاژ d-c است،اعمال شود میتوانیم نشان دهیم :

با( (۱ dc
استفاده از رابطهی بالا میتوان جریان های ترانزیستور را بدست آورد.(پیوست الف)

شکل((۳ مدار معادل پی ترانزیستور در فرکانس بالا

۳

شکل((۴ منظور کردن مقاوت های بیس و کلکتور و خازن های پیوندی

از شکل۴ مشخص است که زمان های شارژ مختلفی در عملکرد a-c یک ترانزیستور اهمیت دارند؛مهمترین آن ها عبارتند از زمان لازم برای شارژ نواحی تهی امیتر و کلکتور و تأخیر زمانی در تغییر توزیع بار در ناحیهی بیس.تأخیر زمانی های دیگری که در یک تحلیل کامل ترانزیستور های فرکانس بالا در نظر گرفته میشوند زمان گذر از ناحیهی تهی کلکتور و زمان انباشت بار در ناحیهی کلکتور میباشد.اگر تمام این ها در در یک تأخیر زمانی خلاصه شود میتوان حد فرکانس بالای قطعه را بدست آورد . ]الف[