Tranzito trường Field Effect Transistor - FET - Lession 1: Concepts

1 Lession 1 Concepts Những khỏi niệm chung 2 1.1 Lịch sử phỏt triển của CNðT • 1904: Chế tạo đèn điện tử 2 cực chân không (John A.Fleming - Ng−ời Anh). • 1907: Chế tạo đèn điện tử 3 cực chân không (Lee Deforest - Ng−ời Mỹ). • 1916: Chế tạo đèn 4 cực chân không (Walter Schottky - Ng−ời Đức). • 1947: Chế tạo Tranzito bán dẫn (Walter Brattain, John Bardeen và William Schottky - 3 ng−ời Mỹ tại phòng thí nghiệm Bell). • 1949: Chế tạo lớp chuyển tiếp PN với hiệu ứng quang điện (William Schottky - Ng−ời Mỹ). 3 • 1958: Phát minh ra vi mạch tổ hợp (Jack Kilby tại Công ty Texas Instruments - Mỹ). • 1960: Chế tạo mạch tổ hợp - IC. • 1960: Máy tính điện tử đầu tiên lắp ráp hoàn toàn bằng Tranzitor (Công ty IBM - Mỹ). • 1962: Chế tạo IC khuếch đại thuật toán đa chức năng (gồn 9 Tranzitor và 12 điện trở trong một vỏ nhỏ). 4 • 1971: Chế tạo thành công chip Vi tính 4004. • 1977: Máy vi tính PC của IBM ra đời. • 1982: Đĩa CD đ^ bán trên thị tr−ờng. • 1992 : IBM Thinkpad • 1998: Đ^ bắt đầu nghiên cứu để tạo nên các linh kiện điện tử dựa trên cấu trúc chấm l−ợng tử (Quantum Dot). Đây là công nghệ siêu nhỏ và siêu chính xác, đòi hỏi độ chính xác 10A0 (ng−ời ta gọi là công nghệ Nanô hoặc công nghệ phân tử). 5 1.2. Khái niệm cơ bản về cấu kiện điện tử, mạch điện tử, hệ thống điện tử 1.2.1. Cấu kiện điện tử • Là các phần tử độc lập có kích th−ớc, hình dáng và đặc tính kỹ thuật riêng và đ−ợc chế tạo trong một vỏ (Single Package). • Cấu kiện điện tử đ−ợc chia làm 2 loại: đó là Cấu kiện rời rạc và Mạch tổ hợp - IC (IC - Viết tắt của cụm từ Integrated Circuit). • Loại cấu kiện rời rạc: gồm Tụ điện, Điện trở, Điot, Tranzito, Tiristo... • Loại mạch tổ hợp: Th−ờng là một mạch chức năng hoàn chỉnh đ−ợc chế tạo trên một phiến bán dẫn và đ−ợc đóng trong một vỏ, vỏ này có cấu tạo theo 1 số kiểu cách nhất định. Ví dụ nh− các IC thuật toán, IC So sánh, IC nguồn, IC chuyển đổi A/D hoặc loại D/A, IC số ..... 6 1.2.2 Mạch điện tử Là mạch điện có tính năng đặc tr−ng riêng đ−ợc cấu thành bởi các cấu kiện điện tử rời rạc hoặc IC nối với nhau theo những qui tắc nhất định. Ví dụ nh− mạch khuếch đại tín hiệu, mạch nguồn ổn áp hay mạch dao động. Mạch điện tử cũng có thể xây dựng trên sự phối hợp của IC và các cấu kiện rời rạc. Ví dụ dùng IC thuật toán nối với một số điện trở để hình thành mạch khuyếch đại đảo hoặc không đảo, mạch cộng, trừ ... 7 1.2.3 Hệ thống điện tử - Hệ thống điện tử bao gồm nhiều loại mạch điện tử đ−ợc ghép nối với nhau, cùng làm việc có chức năng nhất định. Ví dụ: Một máy Radio hoặc một máy thu hình là một hệ thống điện tử. Nếu phân tích máy Radio ta thấy nó bao gồm mạch khuếch đại, mạch dao động, mạch tách sóng, nguồn. 8 9 1.3. Phân loại cấu kiện điện tử • Cấu kiện bán dẫn (Semiconductor Devices) • Cấu kiện điện tử thụ động (Passive Devices) • Cấu kiện quang điện tử (OptoElectronic Devices) • Cấu kiện hiển thị (Display Devices) • Ph−ơng tiện l−u trữ (Strorage Media) • Cảm biến (Sensors) 10 11 1.4. Xu thế phát triển của nền công nghệ điện tử • Thu nhỏ kích th−ớc • Tăng tốc độ làm việc • Giảm công suất tiêu thụ • Tăng công suất làm việc ở dải tần cao và siêu cao • Mở rộng dải thông • Tăng độ nhậy của cấu kiện • Tăng độ phân giải và c−ờng độ sáng đối với cấu kiện hiển thị trong khi đồng thời giảm công suất tiêu thụ. • Tăng dung l−ợng các bộ nhớ đồng thời giảm thời gian truy nhập. 12 • Đối với các cấu kiện rời rạc - Đ^ chế tạo đ−ợc các Tranzito Bipolar với tần số cắt tới 50 đến 100GHz (Hitachi, Siemens...) đ^ chế tạo thành công các cấu kiện nh− Điot Gunn, Điot Impatt có thể làm việc ở tần số cao và siêu cao với công suất nhỏ và trung bình. - Đ^ công bố một thành tựu lớn về công nghệ nano chế tạo thành công Tranzito có kích th−ớc 20nm. 13 • Đối với mạch tổ hợp (IC) - Kích thuớc phân giải tối thiểu đ^ đạt đ−ợc d−ới 0,35àm. Cụ thể: Loại kích th−ớc phân giải từ 0,28 - 0,3àm CMOS đ^ đ−ợc th−ơng mại hoá. - Loại từ 0,2 - 0.25àm DRAM đ^ thử nghiệm xong. • Công nghệ Quang điện tử - Công nghệ chế tạo điot phát quang LED với các dải màn ánh sáng đ−ợc mở rộng, đặc biệt trong t−ơng lai loại LED màu Lam - Tím sẽ đ−ợc hoàn thiện. - Thời gian sống của LED đ^ đ−ợc tăng nhiều tới 109 giờ (InP cho công nghệ 1,3àm) - Laser bán dẫn đ^ trở nên hết sức thông dụng và giá thành hạ. - Loại hình kiện ghép nối điện tích CCD (Charge Coupled Device) phát triển mạnh và là cấu kiện chủ đạo trong các camera hiện nay với các CCD có thời gian xử lý d−ới 1ns. 14 • Các thiết bị hiển thị - Tập trung cải tiến các thông số của tinh thể lỏng để có thể ứng dụng tốt đối với các máy tính, máy thu hình (TV) nh− màn tinh thể lỏng TFT-LCD - Màn hình hiển thị phẳng loại Plasma • Ph−ơng tiện l−u trữ - Hiện tại ph−ơng tiện l−u trữ đ−ợc phát triển mạnh theo xu h−ớng l−u trữ bằng bộ nhớ bán dẫn: ROM, EPROM và l−u trữ bằng ph−ơng tiện quang nh− đĩa CD, VCD, đĩa Laser... - DVD - RAM 15 • Cảm biến - Công nghệ cảm biến đ−ợc đặc biệt chú ý trong lĩnh vực thiết bị Y tế chẩn đoán và điều trị, trong công nghiệp tự động hóa, trong đo l−ờng giám sát ô nhiễm môi tr−ờng, trong quân sự, hàng không... • Các cấu kiện thụ động - Các loại cấu kiện thụ động nh− điện trở, tụ điện, thạch anh, rơle 16 1.5. Các đại l−ợng vật lý cơ bản • Điện áp U: đ−ợc rút ra từ khái niệm điện thế, là hiệu số điện thế giữa hai điểm khác nhau của mạch điện. Qui tắc cộng điện áp. • Điện tr−ờng E: là đại l−ợng đặc tr−ng cho tr−ờng điện từ sinh ra từ điện áp theo công thức: E = U/d. • Dòng điện I: là biểu hiện trạng thái chuyển động của các hạt mang điện trong vật chất do tác động của tr−ờng hay do tồn tại một gradien nồng độ hạt theo không gian. Qui tắc dòng điện rẽ nhánh. • Công suất P: là đại l−ợng đặc tr−ng cho sự tiêu tốn năng l−ợng điện. 17