Функциональная магнитоэлектроника. Цилиндрические магнитные домены. Запись, перенос и считывание информации.

ФМЭ – направление электроники, в котором изучаются магнитоэлектронные эффекты и явления в магнитоупорядоченных континуальных средах, а так же создаются приборы для обработки и хранения информации с использованием динамических неоднородностей в магнитоэлектрической природе.

В приборах магнитоэлектроники обработка и хранение информации осуществляется с помощью магнитных НС. Они представляют из себя тонкие магнитные пленки, толщиной несколько мкм, нанесенные на поверхность подложки. Магнитные пленки имеют доменную структуру.

При отсутствии внешнего магнитного поля суммированные площади доменов уравнивают друг с другом. Поместим эту пленку во внешнее магнитное поле, направление перпендикулярно поверхности. В зависимости от напряженности внешнего поля и магнитных моментов доменов происходит изменение размеров последних. Если магнитный момент домена совпадает с направлением внешнего магнитного поля, то эта полоса расширяется, следовательно остальные полосы сужаются. При дальнейшем увеличении напряженности внешнего поля – разрыв доменов. И эти разорванные домены приобретают цилиндрическую форму.

При дальнейшем увеличении напряженности, ЦМД существует в интервале [H_min;H_max]

Нанесем на поверхность магнитной пленки проволочную петлю. К ней подведем электрический ток.

При протекании тока через проводящую петлю создается поле, направление против внешнего поля. Следовательно внешнее поле ослабляется, образуется ЦМД. Чтобы использовать это явление надо научиться перемещать домены по заданной траектории. Наличие домена – «1», отсутствие – «0». Перемещение доменов осуществляется, с помощью магнитных аппликаций. На поверхность магнитной пленки наносится пермалоевые аппликации (сплав обладающий определенными магнитными свойствами). Который ослабляет магнитное поле под своей поверхностью и тогда образуется потенциальная яма. И домен попадает в нее. Рассмотрим способ перемещения доменов с помощью этой аппликации.

Для управления передвижением аппликаций создается управляющее магнитное поле, вращающиеся плоскости аппликаций. Это поле создается двумя взаимно перпендикулярными катушками токи в которых сдвинуты по фазе на 90 градусов. Пусть при t=0 управляющее магнитное поле направлено вниз, тогда с помощью катушек образуется магнитная полоса. Будем считать, что ЦМД к аппликации подходит южным полюсом

За период вращения управляющего магнитного поля, ЦМД перемещается по заданной траектории на аппликацию №3. Система близкорасположенных аппликаций называется – регистром. Скорость перемещения доменов составляет десятки – сотни м/с. Размер ЦМД составляет 1-5 мкм. Плотность расположения информации 10⁴ бит/мм. Скорость записи 10⁵-10⁶. Считывание информации с использованием устройств на основе магниторезистивного эффекта. Наносится проводящая петля и в случае прохождения домена под ней у нее меняется сопротивление, тогда на выходе «1», если не меняется, то «0». Устройства на ЦМД используются в качестве запоминающих устройств. Высокое быстродействие, объем записываемой информации и др. Запоминающие устройства не могут создавать им конкуренцию.

Билет 26.

1. Лавинно-полётные диоды (ЛПД) – п/п диод, работающий в режиме лавинного размножения зарядов при обр. смещении pn-перехода и предназначенныйдля генерации СВЧ сигналов.

В некоторый момент времени напряжение может достичь критического значения когда начинается ударная ионизация и лавинное размножение. Это происходит в узкой области которую можно назвать генерации (δ) . В результате образования носителей заряда через переход начинает протекать ток обусловленный дополнительными носителями. Сдвиг по фазе между током и напряжением определяется инерционными процессами: 1)время для набора энергии носителем достаточной для ионизации

2) носитель заряда набравший энергию необязательно встретится..

Иногда сдвиг фаз между током и напряжением достигает180 градусов => диод обладает отрицательным дифференциальным сопротивлением. Особенности: 1) невысокий КПД что обусловлено узким диапазоном напряжений. 2) достаточно высокие шумы.

 

2. Интегральные активные элементы полупроводниковых и гибридных интегральных схем.

Основным активным элементом

полупроводниковых интегральных схем является n-p-n-транзистор, под него подстраивается вся технология.

n⁺-слой введён для улучшения сопротивления области конденсатора. Без него ток течёт, значит в исходную р-пластину вводятся р⁺ слой, затем n эпитаксиальный слой, потом акцепторы, или создаём изолированные карманы и область р-базы. Затем донорная примесь-эмиттер. Ток течёт через область с низким сопротивлением®потери уменьшаются.

Характерной особенностью интегрального n-p-n тр-ся является появление в его структуре паразитного p-n-p транзистора, этот транзистор увеличивает ёмкость коллекторного перехода и увеличивает токи утечки через подложку.

Коэффициент утечки-низкий.

В случае изоляции диэлектрическими плёнками паразитный транзистор отсутствует.

Многоэмиттерный транзистор

Каждый из элементов может работать независимо друг от друга. Эти транзисторы широко используются в цифровых интегральных схемах при создании ТТЛ. Между соседними элементами могут образовываться паразитные транзисторы. Для их исключения расстояние между элементами делают >> дифференциальной длины(в 3,5 раз).

Интегральные p-n-p транзисторы.

Обычно n-p-n транзисторы, т.к. М_п>М_р поэтому быстродействие n-p-n больше быстродействия p-n-p.

Эти транзисторы уст-ют по частным свойствам и по коэффициентом передачи n-p-n транзисторам.b£30 f£20-40МГц.

 

Билет 28.

1. Полупроводниковые диоды.

Диод – электропреобр. прибор, содержащий один или несколько переходов и имеющий 2 внешних вывода.

Эл. переходы могут быть м/у областями п/п с различ. электропров-тью (p-n) или м/у п/п с одним типом, но разным знач-м электропров.

П/п прибор – нелинейный двухполюсник.

Маркировка п/п приб-в состоит из элементов:

1) цифра или буква: Г-1,К-2,А-3,И-4.

2) код, класс прибора: выпрям-ные, имп-ные.

3) эксплутационные признаки, функциональные возможности.

4) числа 01-99 и больше – порядковый номер разработки.

5) буква – классификация прибора в пределах одной серии.

Выпрямительные диоды – это д. выпрямления переменного тока в пост-ный, быстродействию и ёмкости которых, а также их параметрам не предъявляется спец. требований.

Параметры :

1) max допустимое обр. напряжение; 2) сред. Выпрямит-ный ток; 3) сред. обр. ток;    4) сред. знач. обратного напряжения на диоде при протекании ср. знач. тока;    5) сред. рассеиваемая мощность; 6) диф. сопр.;7) рабочий температурный диапазон.

Мощность определяется площадью перехода, которая зависит от j – допустимой плотности тока.

J_si=200 А/см², j_Ge=100 А/см².

У Ge диодов малое прямое падение напр., которое опред. высотой потенциального барьера, который опред. шириной зз.

Обр. допустимое напр. у Si носит лавинный хар-р, темп-ный коэф. положительный, чем больше темп., тем больше e должен разогнаться для необходимого соударения. У Ge пробой также начинается как лавинный, но затем переходит в тепловой.

 

2.

 

 

Билет 29.

1.Стабистор –п/п диод, в котором U в обл.прямого смещения слабо зависит от тока, и который предназначен для стабилизации напр.

 

Имеет малое диф.сопр., отрицательный . Обладают малым напр. стабилизации.

 

 

2. Усилитель каскад на БПТ в схеме с ОЭ

Эквивалентная схема переменных составляющих

Если Uвх=0, то токи в схеме определяются ист-ми направлениями Ек и Еэ. Эти I и U определяют режим покоя (стат.режим) используется двухпол-ное питание с целью улучшения помехоустойчивости.

Определим параметры

1.Коэф-т усил-я по U К_U = Uвых m/ Uвх m

Uвых m с учетом принятых направлений тока: Uвых m= - Iкm*Rк=( Iкm=β*Iбm, β =α/(1- α))= - α/(1- α)* Iбm* Rк

Uвх m= Iбm*(Rг + rб)+ Iэm*(rэ+Rэ)

К_{U= -}α Rк/((Rг + rб)(1- α)+ rэ+Rэ)

Т.к. α стремится к 1, то (1-α) стремится к 0

Им пренебрегаем.

Rэ >>rэ тоже пренебрегаем.

К_{U= -}α Rк/Rэ

Rэ является термостабилизирующим.

При увеличении Т увеличится тепловой ток I₀ и соответственно смещаются характеристики, =>увеличивается Iэ. Этот ток создает падение U на Э, т.о., что оно препятствует(уменьшает) величину Uэб, тем самым компенсирует смещение характеристик, т.е.существует обратная связь. Rэ служит для осуществления обратной связи. Обратная связь оказывает термостабилизирующее действие.

Из К_{U= -}α Rк/Rэ следует:

1.в схеме с ОЭ сдвиг напряжений вх. и вых. по фазе на 180⁰

2.за улучшение Т-й стабильности приходится расплачиваться коэффициентом усиления, т.е. чем больше Rэ, тем больше Т-я стабильность, но тем меньше коэффициент усиления.

2. Усилитель тем лучше, чем больше К_U, чем больше Rвх и Rвых.

Определим Rвх= Uвх~/Iвх~

Iвх= Iбm

Uвх= направление приложенное к базе транзистора => Uвх= Iбm* rб+Iэm*(Rэ+rэ)/

С учетом того, что Iэm=(β+1)*Iбm

Rвх= rб+(β+1)*(Rэ+rэ)

(Rэ>>rэ, Rэ>>rб) => Rвх≈(β+1)* Rэ Эта формула показывает, что введение Rэ помимо температурной стабильности увеличивает Rвх.

3.Rвых= Uвых m (x.x.)/Iкm(к.з.)

Uвых m х.х., при Rк→ ∞

Iкm к.з., при Rк=0, => Uвх=Uг=0

Rвых= rк* + (Rг+Rб)параллельно(Rэ+rэ)

Rвых≈ rк*=1/h22э. Если учесть интегральные особенности, а именно то, что элементы изготавливаются в ходе технологического прогресса, то Rк//rк (Rк-встроен ное сопротивление.

Билет 30.

1. Динистор ВАХ

При подаче на анод положительного напряжения, а на катодотрицательное, то эмитерные переходы смещаются в прямом направлении , а коллекторные в обратном , поэтому при малых напряжениях и малых токах ВАХ напоминает обратную ветвь p-n перехода

Iкп- ток колекторного перехода

Iкп=α1Ia+α2Ia+Iкбо=Ia

Iкбо=Iкбо1+Iкбо2=Iобратное

Ia=Iобр/(1-(α1+α2))

Ia примерно = Iобр ,т.к. α1+α2 <<1

Увеличение тока создаваемого носителями одного знака ведет к увеличению тока носителей другого знака и наоборот, т.е. существует в теристорной структуре положительная обратная связь, которая приводит к лавинообразному увеличению тока.

Как только α1+α2 стремиться к 1 , происходит резкое возрастания тока.

Чтобы выключить прибор надо уменьшать ток до той величины, при которой коллекторный переход не сместится в обратном направлении.

Iуд- ток удержания при котором сохраняется состояния высокой проводимости.

 

2.

Билет 31.

---

Дата добавления: 2018-05-12; просмотров: 814; Мы поможем в написании вашей работы!

Поделиться с друзьями:

---

---

Мы поможем в написании ваших работ!