UNIWERSYTET ZIELONOGÓRSKI

IM. T. KOTARBIŃSKIEGO

W ZIELONEJ GÓRZE

RADOSŁAW KWIATKOWSKI

MATERIA SKONDENSOWANA

TEORIA PASMOWA CIAŁA STAŁEGO

WŁASNOŚCI CIEPLNE, ELEKTRYCZNE, MAGNETYCZNE CIAŁ STAŁYCH

FIZYKA PÓŁPRZEWODNIKÓW

PRZEWODNICTWO SAMOISTNE I DOMIESZKOWE

ZŁĄCZA P-N, TERMISTORY, DIODY LED, TRANZYSTORY, UKŁADY SCALONE

Zielona Góra 2004

MATERIA SKONDENSOWANA

Pierwiastki lub związki chemiczne, będące w stanie gazowym lub ciekłym, ochłodzone do pewnej temperatury kondensują, czyli przechodzą do stanu stałego. Można wyróżnić dwa główne typy przebiegu zestalania się ciał:

1. Ciała krystaliczne o uporządkowanej strukturze przestrzennej:

1. Polikryształy - ciało polikrystaliczne, zbiór mikrokryształów lub mikrokrystalitów zorientowanych w różnych kierunkach. Jeśli mikrokryształy nie są zrośnięte z sobą, to polikryształ jest proszkiem.

2. Monokryształy - pojedynczy kryształ, bez defektów makroskopowych, lecz niekoniecznie ograniczony naturalnymi, płaskimi ścianami.

2. Ciała amorficzne, niewykazujące żadnego uporządkowania atomów na dalszych odległościach.:

1. Bezpostaciowe, np. wosk, smoła, gdzie proces krystalizacji w ogóle nie zachodzi.

2. Szkliwa, np. szkło, które w zasadzie zachowują zdolność do krystalizowania, lecz podczas ochładzania ich lepkość tak szybko wzrasta, iż utrudnia wzrost i kształtowanie się kryształków zarodnikowych

W dalszej części pracy będzie mowa wyłącznie o ciałach krystalicznych.

W idealnym krysztale wszystkie atomy ułożone są w regularnych odstępach, tworząc przestrzenną sieć krystaliczną. Ze względu na regularną budowę kryształu, dla określenia jego struktury wystarczające jest podanie położenia atomów w niewielkim fragmencie kryształu, zwanym komórką elementarną

Rysunek 1: Dwuwymiarowy kryształ a) i jego komórka elementarna b).

Inne komórki elementarne zaznaczono na rys. a) liniami przerywanymi.

Czarne i białe kółka oznaczają dwa różne rodzaje atomów.

Ze względu na typy wiązań możemy wyróżnić następujące rodzaje kryształów:

1. kryształy jonowe

2. kryształy kowalencyjne (atomowe)

3. kryształy metaliczne

4. kryształy molekularne (cząsteczkowe)

Wymienione wyżej typy będą omawiane w dalszej części pracy.

TEORIA PASMOWA CIAŁA STAŁEGO

Przewodnictwo elektryczne ciał stałych, w zależności od ich rodzaju, zmienia się w bardzo szerokich granicach. Ze względu na wartość ich przewodnictwa elektrycznego, ciała stałe dzielimy umownie na:

1. metale (przewodniki),

2. półprzewodniki,

3. izolatory.

ciało stałe	przewodnictwo elektryczne σ
Metal	σ > 10^5 Ω^-^1 · m^-1
półprzewodnik	10^5 Ω^-1 · m^-1 > σ > 10^-^8 Ω^-1 · m^-1
Izolator	σ < 10^-^8 Ω^-1 · m^-1

Przewodnictwo elektryczne metali maleje ze wzrostem temperatury, a przewodnictwo elektryczne półprzewodników i izolatorów silnie wzrasta w miarę zwiększania temperatury. Wspomniane zróżnicowanie przewodnictwa elektrycznego i wiele innych własności ciał stałych wyjaśnia teoria pasmowa. Opiera się ona na założeniu, że podczas powstawania struktury krystalicznej ciała stałego dozwolone dla elektronów poziomy energetyczne swobodnych atomów rozszczepiają się tworząc pasma poziomów blisko leżących.

Rysunek 2: Struktura pasm energetycznych metali a), izolatorów b) i półprzewodników c). Stany zajęte przez elektrony są zacieniowane.

Poszczególne pasma są od siebie oddzielone pasmem wzbronionym (przerwą energetyczną); najwyższe, całkowicie lub częściowo wypełnione elektronami pasmo jest nazywane pasmem walencyjnym, a kolejne wyższe, całkowicie lub prawie całkowicie puste — pasmem przewodnictwa. W niecałkowicie zapełnionym paśmie pole elektryczne może spowodować przeniesienie elektronu na sąsiedni poziom energetyczny, tj. wywołać przepływ prądu, w całkowicie zapełnionym paśmie nie może ono zmieniać ani położenia, ani pędu elektronu, a więc nie wywołuje przepływu prądu.

WŁASNOŚCI CIEPLNE, ELEKTRYCZNE, MAGNETYCZNE CIAŁ STAŁYCH

Własności ciał stałych zależą od rodzaju atomów wchodzących w skład ciał stałych, ich rozmieszczenia i wzajemnego oddziaływania. Poznanie tych zależności ma ogromne znaczenie teoretyczne i praktyczne; zajmuje się tym jedna z najmłodszych dziedzin fizyki - fizyka ciał stałych. Za okres jej narodzin można uważać pierwsze dziesięciolecia bieżącego stulecia, kiedy opierając się na powstającej wówczas teorii kwantów zaczęto rozumieć podstawowe właściwości ciał stałych.

Charakterystyczną cechą kryształów jest anizotropia, tj. zależność od kierunku wielu ich własności fizycznych. W rzeczywistych kryształach występują zawsze zakłócenia regularnej struktury sieci krystalicznej - defekty kryształów, związane z nieprawidłowym ułożeniem niektórych atomów ciała lub obecnością domieszek atomów innych substancji. Niektóre własności kryształów są w dominującym stopniu uwarunkowane tymi defektami struktury krystalicznej.

Rysunek 3: Defekty sieci krystalicznej: a) luka, b) atom międzywęzłowy, c) dyslokacja krawędziowa

Rozróżnia się defekty struktury krystalicznej: punktowe, liniowe (tj. dyslokacje) i płaskie. Najprostszymi punktowymi defektami struktury krystalicznej są: brak atomu w węźle sieci, zw. luką, atom w położeniu międzywęzłowym i występujący dwuskładnikowych przypadku kryształów dwuskładnikowych tzw. defekt antystrukturalny, tj. atom jednego składnika w położeniu atomu drugiego składnika; defektem punktowym jest także obcy atom w miejscu atomu macierzystego. Płaskie defekty struktury krystalicznej to nieprawidłowości struktury występujące na pewnej płaszczyźnie wewnątrz kryształu, np. tzw. błędy ułożenia, będące zakłóceniami uporządkowania warstw atomowych. Defekty struktury krystalicznej powstają podczas wzrostu kryształu, pod wpływem promieniowania, obróbki cieplnej lub odkształcenia plastycznego.

Wśród ciał stałych rozróżnia się dobre i złe przewodniki ciepła. Przewodzenie ciepła odbywa się przez dyfuzję fononów lub za pośrednictwem elektronów (prędkości elektronów są znacznie większe niż prędkość rozchodzenia się fononów). W większości ciał stałych w przewodzeniu ciepła biorą udział zarówno elektrony, jak i fonony, lecz nie w jednakowym stopniu. Atomy lub cząsteczki ciągle nieznacznie drgają. Liczba tych drgań zależy od temperatury ciała: im wyższa temperatura, tym drgania są mocniejsze. W pewnej temperaturze atomy lub cząsteczki zaczynaj odrywać się od siebie. Ciało stałe topi się i staje się cieczą Temperaturę tą nazywamy temperaturą topnienia.

Własności magnetyczne ciał stałych zależą głównie od konfiguracji zarówno zewnętrznej jak i wewnętrznej powłok elektronowych atomów ciał stałych. (magnetyzm atomowy). Atomy są jakby elementarnymi magnesami; jeśli w polu magnetycznym ich momenty magnetyczne są różne od zera, to dążą do ustawienia się zgodnie z kierunkiem pola magnetycznego i ciało stałe ma własności paramagnetyczne, a jeśli atomy mają moment magnetyczny równy zeru, to pole magnetyczne indukuje momenty skierowane przeciwnie i ciało jest diamagnetyczne. Wśród ciał stałych zbudowanych z atomów paramagnetyków wyróżnia się nieliczna grupa kryształów o własnościach antyferromagnetycznych i ferromagnetycznych. Własności te (w odróżnieniu od diamagnetyzmu i paramagnetyzmu) są wyłącznie cechą kryształów i związane są ze sposobem uporządkowania atomów w sieci, polegającym na tym, że ich momenty magnetyczne ustawione są zgodnie, równolegle lub na przemian przeciwrównolegle (antyferromagnetyki). Stan jednakowego uporządkowania nie obejmuje całego kryształu, lecz jego części, tzw. domeny magnetyczne.

Na zakończenie tego działu podane zostaną własności cieplne, elektryczne i magnetyczne dla poszczególnych rodzajów kryształów.

1. Kryształy jonowe. Nie ma swobodnych elektronów, (które mogłyby przenosić ładunek lub energię), więc kryształy jonowe są złymi przewodnikami elektryczności i ciepła. W niskich temperaturach nie przewodzą prądu elektrycznego - są izolatorami. W temperaturach wyższych od pokojowej wykazują one przewodnictwo elektryczne związane z transportem jonów. Ze względu na duże siły wiążące, kryształy jonowe są zazwyczaj twarde i mają wysoką temperaturę topnienia.

2. Kryształy kowalencyjne. Mają w niskich temperaturach małe przewodnictwo elektryczne, rośnie ono jednak silnie z wzrostem temperatury i jest bardzo wrażliwe na obecność domieszek. Ze względu na kierunkowy charakter wiązań kryształy kowalencyjne cechuje duża twardość. Ze względu na brak elektronów swobodnych nie są dobrymi przewodnikami ciepła.

3. Kryształy metaliczne. Są doskonałymi przewodnikami elektryczności i ciepła ze względu na obecność swobodnych elektronów.

4. Kryształy molekularne. Ze względu na brak elektronów swobodnych są bardzo złymi przewodnikami ciepła i elektryczności, za to są dobrymi izolatorami; posiadają niską temperaturę topnienia.

FIZYKA PÓŁPRZEWODNIKÓW

Niezwykle intensywny rozwój fizyki ciała stałego, a zwłaszcza fizyki półprzewodników, rozpoczął się po II wojnie światowej i trwa do dziś. Wynalezienie tranzystora (1948 J. Bardeen i W.H. Brattain, 1949 W.B. Shockley) zapoczątkowało zupełnie nową erę w elektronice.

PRZEWODNICTWO SAMOISTNE I DOMIESZKOWE

Charakterystyczną cechą półprzewodników, umożliwiającą ich szerokie zastosowanie w technologii elektronowej, jest silna zależność ich przewodnictwa elektrycznego od liczby defektów sieci krystalicznej lub domieszek innych pierwiastków. Można więc wyróżnić półprzewodniki:

1. samoistne, nie zawierające domieszek, w których przewodnictwo zależy tylko od liczby elektronów przeniesionych z pasma walencyjnego do pasma przewodnictwa (i dziur pozostawionych przez nie w paśmie walencyjnym),

2. domieszkowe, w których przewodnictwo zależy głównie od ilości i rodzaju domieszek, tj. obcych atomów (lub defektów sieci), które albo dostarczają elektronów do pasma przewodnictwa (donor), albo wychwytują elektrony z pasma walencyjnego pozostawiając tam dziury (akceptor); półprzewodniki o przewadze domieszek donorowych są nazywane półprzewodnikami typu n (przewodnictwo gł. elektronowe), półprzewodniki o przewadze domieszek akceptorowych — półprzewodnikami typu p (przewodnictwo gł. dziurowe).

Stosując celowe i kontrolowane wprowadzanie domieszek do półprzewodników (domieszkowanie) można wpływać zarówno na wartość, jak i na typ przewodnictwa, których przewodnictwo elektryczne zależy w dominującym stopniu od istniejących w nich defektów sieci i domieszek.

Rysunek 4: Przykładowy półprzewodnik samoistny a) i jego struktura pasmowa b).

Na rys. a) kreskami zaznaczono elektrony, tworzące wiązania kowalencyjne

Według pasmowej teorii ciała stałego (opisywanej już wcześniej) w temp. 0 K pasmo walencyjne półprzewodników jest całkowicie wypełnione elektronami i pole elektryczne nie może zmienić ani położenia, ani pędu poszczególnych elektronów, a więc wywołać przepływu prądu elektrycznego; aby elektron mógł uczestniczyć w przepływie prądu, musi zostać przeniesiony do pasma przewodnictwa (następnego pasma pustego lub niecałkowicie zapełnionego), oddzielonego od pasma walencyjnego tzw. pasmem wzbronionym (przerwą energetyczną); ilość energii potrzebna do przeniesienia elektronu w półprzewodniku z pasma walencyjnego do pasma przewodnictwa wynosi od 2 · 10-3 do 3 eV (wielkość przerwy energ.). Zatem już w temperaturze pokojowej pewna liczba elektronów zostaje przeniesiona do pasma przewodnictwa; liczba ta rośnie ze wzrostem temperatury. Nośnikami ładunku, biorącymi udział w przepływie prądu w półprzewodniku są — oprócz elektronów — tzw. dziury (powstają w paśmie walencyjnym w wyniku przejścia elektronów z tego pasma do pasma przewodnictwa), które zachowują się jak cząstki o elementarnym ładunku dodatnim. O wartości przewodnictwa właściwego decyduje zarówno koncentracja, jak i ruchliwość nośników ładunku.

ZŁĄCZA P-N, TERMISTORY, DIODY LED, TRANZYSTORY, UKŁADY SCALONE

Złącze p-n stanowi połączenie półprzewodników typu p i n. Możemy mieć doczynienia z trzema różnymi sytuacjami takimi jak na rysunku poniżej.

Rysunek 5: Złącze p-n: a) niespolaryzowane, b) spolaryzowane w kierunku zaporowym, c) spolaryzowane w kierunku przewodzenia

W przypadku pierwszym (rysunek 5.a), gdy nie ma zewnętrznego pola elektrycznego, przyłożonego do złącza. Z dala od granicy złącza koncentracje nośników ładunku w półprzewodnikach typu p i n odpowiadają koncentracjom równowagowym (występującym w oddzielnych półprzewodnikach p i n). W pobliżu granicy złącza zachodzi dyfuzja dziur z materiału typu p, gdzie ich koncentracja jest znacznie większa, do materiału typu n, oraz dyfuzja elektronów w przeciwnym kierunku. W rezultacie obszar półprzewodnika typu n ładuje się dodatnio, a obszar półprzewodnika typu p - ujemnie. Wytworzone pole elektryczne
powoduje przepływ nośników ładunku w odwrotnym kierunku - dziur od obszaru n do obszaru p i elektronów od obszaru p do obszaru n. W rezultacie ustala się stan równowagi, w którym wypadkowy prąd, płynący przez granicę złącza jest równy zeru.

Jeśli do złącza przyłożone zostanie pole elektryczne (rys. 5.b) tak, że obszar n ma potencjał dodatni a obszar p - potencjał ujemny (tzw. kierunek zaporowy), to dziury będą poruszać się w kierunku zewnętrznego pola elektrycznego
, a elektrony w kierunku przeciwnym do
. Prąd elektryczny w obszarze przejściowym mogą wówczas przenosić wyłącznie dziury przechodzące z obszaru n oraz elektrony przechodzące z obszaru p. Koncentracja tych nośników jest jednak niewielka i natężenie płynącego prądu I₀ ma małą wartość. Dziury w półprzewodniku typu n i elektrony w półprzewodniku typu p nazywa się z uwagi na ich małą koncentrację, nośnikami mniejszościowymi. Prąd przepływający przez złącze p-n spolaryzowane w kierunku zaporowym jest więc prądem nośników mniejszościowych.

Jeżeli do złącza zostanie przyłożone pole elektryczne w przeciwnym kierunku tak, że obszar p ma potencjał dodatni, a obszar n - potencjał ujemny (tzw. kierunek przewodzenia, rys. 5.c), to prąd elektryczny w obszarze przejściowym będą przenosić dziury dochodzące tam z obszaru p i elektrony dochodzące z obszaru n. Ponieważ koncentracja tych nośników jest duża, natężenie płynącego prądu I jest stosunkowo wysokie, I >> I₀. Dziury w półprzewodniku typu p i elektrony w półprzewodniku typu n są nazywane nośnikami większościowymi. Przez złacze p-n, spolaryzowane w kierunku przewodzenia, płynie zatem prąd nośników większościowych. Trzeba zauważyć, że pole elektryczne
w przejściowym obszarze ma wówczas kierunek przeciwny do przyłożonego pola zewnętrznego
. Do przebycia tego obszaru potrzebna jest więc pewna dodatkowa energia, którą nośniki ładunku uzyskują od cieplnych drgań atomów w sieci krystalicznej.

Zależność natężenia prądu I płynącego przez złącze p-n od przyłożonego napięcia U, czyli tzw. charakterystykę prądowo-napięciową złącza przedstawia poniższy wzór i rysunek, z którego wynika, że jest ona nieliniowa i asymetryczna.

Rysunek 6: Charakterystyka prądowo-napięciowa złącza p-n

I = I₀ [exp(eU/kT) - 1]

I₀ jest natężeniem prądu nośników mniejszościowych, e - ładunkiem elementarnym, k   - stałą Boltzmanna, T - temperaturą bezwzględną. Dodatnie wartości U i I odpowiadają kierunkowi przewodzenia, a ujemne - kierunkowi zaporowemu. Dla wartości eU/kT >> 1 w podanym wzorze można pominąć jedynkę, co daje zależność I ≈ I₀ exp(eU/kT). Prąd wzrasta wówczas gwałtownie ze wzrostem napięcia. Natomiast dla eU/kT << -1 we wzorze można zaniedbać czynnik wykładniczy, skąd otrzymuje się I ≈ -I₀. Natężenie prądu dąży wtedy do stałej wartości. Złącze p-n może być wykorzystane np. jako prostownik prądu zmiennego.

Termistor jest rezystorem półprzewodnikowym o rezystancji silnie zależnej od temperatury. Rozróżnia się termistory typu:

1. NTC, których rezystancja maleje ze wzrostem temperatury,

2. PTC, zw. też pozystorami, których rezystancja rośnie z temperaturą,

3. CTR, których rezystancja zmienia się skokowo w wąskim przedziale temperatury.

Element półprzewodnikowy termistora wytwarza się przez spiekanie określonych materiałów z materiałami wiążącymi. Najważniejszymi parametrami termistora są: rezystancja w temp. 25°C (R₂₅ ), czułość temperaturowa, maks. moc, zakres temperatury pracy.

Termistory są stosowane przede wszystkim w termometrii jako bardzo czułe czujniki temperatury. Pierwszy termistor skonstruowali 1946 W.H. Brattain i I.A. Becker (USA).

Dioda LED (Light Emitting Diode), dioda świecąca, elektroluminescencyjna, dioda półprzewodnikowa złączowa (ze złączem p-n), emitująca promieniowanie elektromagnetyczne w zakresie optycznym (widzialnym lub bliskiej podczerwieni) w wyniku zamiany energii nośników prądu (elektronów, dziur) na energię promieniowania (fotonów). Emisja promieniowania następuje podczas przepływu prądu przez diodę polaryzowaną w kierunku przewodzenia. Natężenie a także światłość i moc promieniowania są w szerokim zakresie wprost proporcjonalne do wartości tego prądu, natomiast długość fali promieniowania, określająca barwę świecenia diody, zależy od rodzaju (w tym składu, domieszek) półprzewodnika. Obecnie są produkowane diody świecące o barwie czerwonej, pomarańczowej, żółtej, zielonej, a nawet niebieskiej, oraz diody pracujące w podczerwieni. Diody LED są stosowane we wskaźnikach optoelektronicznych, w układach automatyki przemysłowej, czytnikach taśm perforowanych, przetwornikach kodowych itp.

Tranzystor - przyrząd półprzewodnikowy trójelektrodowy, umożliwiający wzmacnianie mocy sygnałów elektronicznych, tj. stanowiący element czynny układów elektronicznych; pełni funkcję wzmacniacza, przełącznika, detektora itp. Tranzystory dzieli się na:

Tranzystory bipolarne dzieli się na krzemowe i germanowe, a każdy z nich może być typu npn lub pnp.

Rysunek 7. Symbole graficzne tranzystorów npn i pnp oraz ich diodowe modele zastępcze.

Patrząc na diodowe modele zastępcze tranzystorów można stwierdzić, że tranzystor składa się z dwóch połączonych ze sobą diod o wspólnej warstwie n lub p. Dołączona do wspólnej warstwy elektroda nazywana jest bazą - B. Pozostałe elektrody tranzystora bipolarnego mają następujące nazwy: C - kolektor, E - emiter. Przyjęło się również w sposób określony oznaczać napięcia na tranzystorze. Napięcie na elektrodach tranzystora mierzone względem masy oznaczane jest indeksem w postaci pojedynczej dużej litery C, B lub E i tak na przykład U_C oznacza napięcie na kolektorze. Napięcie między dwoma elektrodami oznacza się podwójnym indeksem, np. dla napięcia między bazą, a emiterem będzie to U_BE.

Tranzystory polowe (unipolarne) tak jak i tranzystory bipolarne są elementami półprzewodnikowymi lecz różnią się od bipolarnych tym, że są sterowane polem elektrycznym co oznacza, że nie pobierają mocy na wejściu. Pomimo takiej różnicy oba rodzaje tranzystorów mają wspólną cechę: są to elementy działające na zasadzie sterowania przepływem ładunku. W obu przypadkach są to elementy trzykońcówkowe, w których przewodność między dwoma końcówkami zależy od liczby nośników ładunków znajdujących się między nimi, a z kolei liczba nośników ładunków zależy od wartości napięcia doprowadzonego do elektrody sterującej zwanej bazą w tranzystorach bipolarnych lub bramką w tranzystorach polowych.

Rysunek 7. Symbole graficzne tranzystorów polowych.

Nazwy poszczególnych elektrod to: D - dren, S - źródło, G - bramka. Elektrody te spełniają podobne funkcje jak odpowiadające im elektrody w tranzystorze bipolarnym. Kolektorowi C odpowiada dren D, emiterowi E odpowiada źródło S, a bazie B odpowiada bramka G. Działanie tranzystora polowego polega na sterowaniu przepływem prądu przez kanał za pomocą pola elektrycznego wytwarzanego przez napięcie doprowadzone do bramki. Ponieważ w tranzystorze polowym nie ma żadnych przewodzących złącz, więc do bramki nie wpływa, ani z niej nie wypływa żaden prąd i jest to chyba najważniejsza cecha tranzystorów polowych. Z właściwości tej wynika duża wartość rezystancji wejściowej tranzystora polowego, co szczególnie w zastosowaniach takich jak przełączniki analogowe trudno jest przecenić.

Układ scalony, miniaturowy układ elektroniczny, w którym część lub wszystkie elementy wraz z ich połączeniami są wytworzone w jednym cyklu technologicznym: wewnątrz lub na powierzchni wspólnego podłoża. Podczas takiego cyklu wytwarza się jednocześnie wiele takich samych struktur, które zazwyczaj są następnie montowane w zunifikowanych (znacznie większych od nich) obudowach hermetycznych (z  tworzyw sztucznych, ceramicznych lub metalowych), chroniących je przed szkodliwymi wpływami otoczenia i ułatwiających realizację połączeń zewnętrznych. Miarą złożoności układu scalonego jest tzw. stopień scalenia określający liczbę elementów w pojedynczej strukturze układu. Układy o małym stopniu scalenia zawierają w jednej strukturze do kilkudziesięciu elementów, układy o bardzo dużym stopniu scalenia powyżej kilkudziesięciu tys. elementów; niekiedy układy zawierające powyżej miliona elementów są określane jako układy o superdużym stopniu scalenia. Pod względem cech technologiczno-konstrukcyjnych układy scalone dzieli się ogólnie na półprzewodnikowe i warstwowe.

W układach scalonych półprzewodnikowych, zw. też monolitycznymi, zarówno elementy czynne (gł. tranzystory), jak i bierne (rezystory, kondensatory, induktory, diody) oraz połączenia między nimi są wytwarzane technologią planarną, we wspólnej monokrystalicznej płytce półprzewodnikowej. Układy scalone półprzewodnikowe dzieli się na bipolarne i unipolarne (odpowiednio do rodzaju występujących w nich tranzystorów).

W układach scalonych warstwowych, zw. też hybrydowymi, jedynie elementy bierne (niekiedy tylko ich część) oraz połączenia (ścieżki przewodzące i pola kontaktowe) są wytwarzane na wspólnym podłożu izolacyjnym w postaci warstw nanoszonych specjalną techniką w ciągłym procesie technologicznym, natomiast elementy czynne (i pozostałe elementy bierne) są wykonywane w odrębnym procesie technologicznym i dołączane do właściwych pól kontaktowych na podłożu. W zależności od sposobu nanoszenia warstw układy scalone warstwowe dzieli się na cienkowarstwowe i grubowarstwowe.

Pierwsze układy scalone powstały 1958 w USA (w Polsce 1961), wkrótce rozpoczęto też ich seryjną produkcję. Na początku lat 60 pojedyncza struktura układu scalonego miała powierzchnię nieprzekraczającą kilku mm² i zawierała niewielką liczbę elementów W następnych latach liczba elementów w strukturze szybko się powiększała (corocznie ulegała niemal podwojeniu); przełomowym momentem było otrzymanie 1971 mikroprocesora. W 1993 wytworzono układy scalone zawierające ponad 5 milionów elementów (tranzystorów) w płytce krzemu o pow. ok. 1 cm².

BIBLIOGRAFIA

1. B. Jaworski, A. Dietłaf, L. Miłkowska - Kurs fizyki, t. II - III.

2. V. Acosta, C.L. Covan, B.J. Graham - Podstawy fizyki współczesnej.

3. Encyklopedia powszechna PWN.

4. R. Resnick, D. Halliday - Fizyka, t. II.

FIZYKA PÓŁPRZEWODNIKÓW 1

MATERIA SKONDENSOWANA 7

FIZYKA PÓŁPRZEWODNIKÓW 17

18

---