bg cau kien dien tu 0307

HỌC VIỆN CƠNG NGHỆ BƯU CHÍNH VIỄN THƠNG BÀI GIẢNG MÔN CẤU KIỆN ĐIỆN TỬ & QUANG ĐIỆN TỬ Giảng viên: ThS Trần Thục Linh Điện thoại/E-mail: 0914932955/thuclinh_dt@yahoo.com Bộ môn: Kỹ thuật điện tử - Khoa Kỹ thuật điện tử Học kỳ/Năm biên soạn: 2/2009 BÀI GIẢNG MÔN CẤU KIỆN ĐIỆN TỬ & QUANG ĐIỆN TỬ Nội dung môn học ™ Chương 1- Giới thiệu chung ™ Chương 2- Cấu kiện thụ động ™ Chương 3- Vật lý bán dẫn ™ Chương 4- Diode (Điốt) ™ Chương 5- BJT (Transistor lưỡng cực) ™ Chương 6- FET (Transistor hiệu ứng trường) ™ Chương 7- Thyristors: SCR – Triac – Diac - UJT ™ Chương 8- Cấu kiện quang điện tử www.ptit.edu.vn GIẢNG VIÊN: ThS Trần Thục Linh BỘ MÔN: Kỹ thuật điện tử - KHOA KTĐT1 Trang BÀI GIẢNG MÔN CẤU KIỆN ĐIỆN TỬ & QUANG ĐIỆN TỬ Tài liệu học tập ™ Tài liệu chính: ƒ Slide giảng ƒ Bài giảng Cấu kiện điện tử quang điện tử, Đỗ Mạnh Hà, Học viện CNBCVT, 2009-2010 ™ Tài liệu tham khảo: ƒ Electronic Devices and Circuit Theory, Ninth edition, Robert Boylestad, Louis Nashelsky, Prentice - Hall International, Inc, 2006 ƒ Linh kiện bán dẫn vi mạch, Hồ văn Sung, NXB GD, 2005 ƒ Giáo trình Cấu kiện điện tử quang điện tử, Trần Thị Cầm, Học viện CNBCVT, 2002 www.ptit.edu.vn GIẢNG VIÊN: ThS Trần Thục Linh BỘ MÔN: Kỹ thuật điện tử - KHOA KTĐT1 Trang BÀI GIẢNG MÔN CẤU KIỆN ĐIỆN TỬ & QUANG ĐIỆN TỬ Yêu cầu môn học ™ Sinh viên phải đọc trước slide giảng trước lên lớp ™ Tích cực trả lời đặt câu hỏi lớp qua email GV ™ Làm tập thường xuyên, nộp tập Giảng viên yêu cầu ™ Tự thực hành theo yêu cầu với phần mềm EDA ™ Điểm môn học: Kiểm tra : - Câu hỏi ngắn ƒ Chuyên cần : 10 % - Bài tập ƒ Kiểm tra kỳ: 10 % Thi kết thúc: - Lý thuyết: + Trắc nghiệm ƒ Thí nghiệm : 10 % + Câu hỏi ngắn ƒ Thi kết thúc : 70 % - Bài tập www.ptit.edu.vn GIẢNG VIÊN: ThS Trần Thục Linh BỘ MÔN: Kỹ thuật điện tử - KHOA KTĐT1 Trang BÀI GIẢNG MÔN CẤU KIỆN ĐIỆN TỬ & QUANG ĐIỆN TỬ Chương 1- Giới thiệu chung Giới thiệu chung cấu kiện điện tử Phân loại cấu kiện điện tử Giới thiệu vật liệu điện tử Giới thiệu phần mềm EDA hỗ trợ môn học www.ptit.edu.vn GIẢNG VIÊN: ThS Trần Thục Linh BỘ MÔN: Kỹ thuật điện tử - KHOA KTĐT1 Trang BÀI GIẢNG MÔN CẤU KIỆN ĐIỆN TỬ & QUANG ĐIỆN TỬ Giới thiệu chung Cấu kiện điện tử ™ Cấu kiện điện tử phần tử linh kiên rời rạc, mạch tích hợp (IC) … tạo nên mạch điện tử, hệ thống điện tử ™ Cấu kiện ĐT ứng dụng nhiều lĩnh vực Nổi bật ứng dụng lĩnh vực điện tử - viễn thông, CNTT ™ Cấu kiện ĐT phong phú, nhiều chủng loại đa dạng ™ Công nghệ chế tạo linh kiện điện tử phát triển mạnh mẽ, tạo vi mạch có mật độ lớn (Vi xử lý Pentium 4: > 40 triệu Transistor,…) ™ Xu cấu kiện điện tử có mật độ tích hợp ngày cao, tính mạnh, tốc độ lớn… www.ptit.edu.vn GIẢNG VIÊN: ThS Trần Thục Linh BỘ MÔN: Kỹ thuật điện tử - KHOA KTĐT1 Trang BÀI GIẢNG MÔN CẤU KIỆN ĐIỆN TỬ & QUANG ĐIỆN TỬ Vi mạch ứng dụng ™ Processors ƒ CPU, DSP, Controllers ™ Memory chips ƒ RAM, ROM, EEPROM ™ Analog ƒ Thông tin di động, xử lý audio/video ™ Programmable ƒ PLA, FPGA ™ Embedded systems ƒ Thiết bị ô tô, nhà máy ƒ Network cards ™ System-on-chip (SoC) www.ptit.edu.vn GIẢNG VIÊN: ThS Trần Thục Linh BỘ MÔN: Kỹ thuật điện tử - KHOA KTĐT1 Ảnh: amazon.com Trang BÀI GIẢNG MÔN CẤU KIỆN ĐIỆN TỬ & QUANG ĐIỆN TỬ Ứng dụng linh kiện điện tử Chips… Sand… www.ptit.edu.vn Chips on Silicon wafers GIẢNG VIÊN: ThS Trần Thục Linh BỘ MÔN: Kỹ thuật điện tử - KHOA KTĐT1 Trang BÀI GIẢNG MÔN CẤU KIỆN ĐIỆN TỬ & QUANG ĐIỆN TỬ Lịch sử phát triển công nghệ (1) ™ Các cấu kiện bán dẫn diodes, transistors mạch tích hợp (ICs) tìm thấy khắp nơi sống (Walkman, TV, ơtơ, máy giặt, máy điều hồ, máy tính,…) Những thiết bị có chất lượng ngày cao với giá thành rẻ ™ PCs minh hoạ rõ xu hướng ™ Nhân tố đem lại phát triển thành cơng cơng nghiệp máy tính việc thông qua kỹ thuật kỹ công nghiệp tiên tiến người ta chế tạo transistor với kích thước ngày nhỏ → giảm giá thành công suất ™ Bài học khám phá đặc tính bên thiết bị bán dẫn → SV hiểu mối quan hệ cấu tạo hình học tham số vật liệu; hiểu đặc tính điện chúng www.ptit.edu.vn GIẢNG VIÊN: ThS Trần Thục Linh BỘ MÔN: Kỹ thuật điện tử - KHOA KTĐT1 Trang BÀI GIẢNG MÔN CẤU KIỆN ĐIỆN TỬ & QUANG ĐIỆN TỬ Lịch sử phát triển công nghệ (2) Audion (Triode) 1906, Lee De Forest First point contact transistor (germanium) 1947, John Bardeen and Walter Brattain Bell Laboratories www.ptit.edu.vn ™ 1883 Thomas Alva Edison (“Edison Effect”) ™ 1904 John Ambrose Fleming (“Fleming Diode”) ™ 1906 Lee de Forest (“Triode”) Vacuum tube devices continued to evolve ™ 1940 Russel Ohl (PN junction) ™ 1947 Bardeen and Brattain (Transistor) ™ 1952 Geoffrey W A Dummer (IC concept) ™ 1954 First commercial silicon transistor ™ 1955 First field effect transistor - FET GIẢNG VIÊN: ThS Trần Thục Linh BỘ MÔN: Kỹ thuật điện tử - KHOA KTĐT1 Trang 10 BÀI GIẢNG MÔN CẤU KIỆN ĐIỆN TỬ & QUANG ĐIỆN TỬ Lịch sử phát triển công nghệ (3) 1958 First integrated circuit (germanium), 1958 Jack S Kilby, Texas Instruments Contained five components, three types: Transistors, resistors and capacitors www.ptit.edu.vn ™ 1958 Jack Kilby (Integrated circuit) ™ 1959 Planar technology invented ™ 1960 First MOSFET fabricated ƒ At Bell Labs by Kahng ™ 1961 First commercial ICs ƒ Fairchild and Texas Instruments ™ 1962 TTL invented ™ 1963 First PMOS IC produced by RCA ™ 1963 CMOS invented ƒ Frank Wanlass at Fairchild Semiconductor ƒ U S patent # 3,356,858 GIẢNG VIÊN: ThS Trần Thục Linh BỘ MÔN: Kỹ thuật điện tử - KHOA KTĐT1 Trang 11 BÀI GIẢNG MÔN CẤU KIỆN ĐIỆN TỬ & QUANG ĐIỆN TỬ Đặc điểm phát triển mạch tích hợp (IC) ™ Tỷ lệ giá thành/tính IC giảm 25% –30% năm ™ Số chức năng, tốc độ, hiệu suất cho IC tăng: ƒ Kích thước wafer hợp tăng ƒ Mật độ tích hợp tăng nhanh www.ptit.edu.vn GIẢNG VIÊN: ThS Trần Thục Linh BỘ MÔN: Kỹ thuật điện tử - KHOA KTĐT1 Trang 12 BÀI GIẢNG MÔN CẤU KIỆN ĐIỆN TỬ & QUANG ĐIỆN TỬ Định luật MOORE www.ptit.edu.vn GIẢNG VIÊN: ThS Trần Thục Linh BỘ MÔN: Kỹ thuật điện tử - KHOA KTĐT1 Trang 13 BÀI GIẢNG MÔN CẤU KIỆN ĐIỆN TỬ & QUANG ĐIỆN TỬ Phân loại cấu kiện điện tử 2.1 Phân loại dựa đặc tính vật lý 2.2 Phân loại dựa chức xử lý tín hiệu 2.3 Phân loại theo ứng dụng www.ptit.edu.vn GIẢNG VIÊN: ThS Trần Thục Linh BỘ MÔN: Kỹ thuật điện tử - KHOA KTĐT1 Trang 14 BÀI GIẢNG MÔN CẤU KIỆN ĐIỆN TỬ & QUANG ĐIỆN TỬ 2.1 Phân loại dựa đặc tính vật lý ™ Linh kiện hoạt động nguyên lý điện từ hiệu ứng bề mặt: điện trở bán dẫn, DIOT, BJT, JFET, MOSFET, điện dung MOS… IC từ mật độ thấp đến mật độ siêu cỡ lớn UVLSI ™ Linh kiện hoạt động nguyên lý quang điện: quang trở, Photođiot, PIN, APD, CCD, họ linh kiện phát quang LED, LASER, họ linh kiện chuyển hoá lượng quang điện pin mặt trời, họ linh kiện hiển thị, IC quang điện tử ™ Linh kiện hoạt động dựa nguyên lý cảm biến: họ sensor nhiệt, điện, từ, hoá học; họ sensor cơ, áp suất, quang xạ, sinh học chủng loại IC thông minh dựa sở tổ hợp công nghệ IC truyền thống công nghệ chế tạo sensor ™ Linh kiện hoạt động dựa hiệu ứng lượng tử hiệu ứng mới: linh kiện chế tạo cơng nghệ nano có cấu trúc siêu nhỏ: Bộ nhớ điện tử, Transistor điện tử, giếng dây lượng tử, linh kiện xuyên hầm điện tử, … www.ptit.edu.vn GIẢNG VIÊN: ThS Trần Thục Linh BỘ MÔN: Kỹ thuật điện tử - KHOA KTĐT1 Trang 15 BÀI GIẢNG MÔN CẤU KIỆN ĐIỆN TỬ & QUANG ĐIỆN TỬ 2.2 Phân loại dựa chức xử lý tín hiệu www.ptit.edu.vn GIẢNG VIÊN: ThS Trần Thục Linh BỘ MÔN: Kỹ thuật điện tử - KHOA KTĐT1 Trang 16 BÀI GIẢNG MÔN CẤU KIỆN ĐIỆN TỬ & QUANG ĐIỆN TỬ 2.3 Phân loại theo ứng dụng ™ Linh kiện thụ động: R,L,C… ™ Linh kiện tích cực: DIOT, BJT, JFET, MOSFET… ™ Vi mạch tích hợp IC: IC tương tự, IC số, Vi xử lý… ™ Linh kiện chỉnh lưu có điều khiển ™ Linh kiện quang điện tử: Linh kiện thu quang, phát quang www.ptit.edu.vn GIẢNG VIÊN: ThS Trần Thục Linh BỘ MÔN: Kỹ thuật điện tử - KHOA KTĐT1 Trang 17 BÀI GIẢNG MÔN CẤU KIỆN ĐIỆN TỬ & QUANG ĐIỆN TỬ Giới thiệu vật liệu điện tử 3.1 Chất cách điện 3.2 Chất dẫn điện 3.3 Vật liệu từ 3.4 Chất bán dẫn (Chương 3) www.ptit.edu.vn GIẢNG VIÊN: ThS Trần Thục Linh BỘ MÔN: Kỹ thuật điện tử - KHOA KTĐT1 Trang 18 BÀI GIẢNG MÔN CẤU KIỆN ĐIỆN TỬ & QUANG ĐIỆN TỬ Cơ sở vật lý vật liệu điện tử ™ Lý thuyết vật lý chất rắn ™ Lý thuyết vật lý học lượng tử ™ Lý thuyết dải lượng chất rắn ™ Lý thuyết vật lý bán dẫn www.ptit.edu.vn GIẢNG VIÊN: ThS Trần Thục Linh BỘ MÔN: Kỹ thuật điện tử - KHOA KTĐT1 Trang 19 BÀI GIẢNG MÔN CẤU KIỆN ĐIỆN TỬ & QUANG ĐIỆN TỬ Lý thuyết vật lý chất rắn ™ Vật liệu để chế tạo phần lớn linh kiện điện từ loại vật liệu tinh thể rắn ™ Cấu trúc đơn tinh thể: tinh thể rắn nguyên tử xếp theo trật tự định, cần biết vị trí vài đặc tính số ngun tử ta đốn vị trí chất hóa học tất nguyên tử mẫu ™ Ở số vật liệu người ta nhận thấy xếp xác nguyên tử tồn xác cỡ vài nghìn ngun tử Những miền có trật tự ngăn cách bờ biên dọc theo bờ biên khơng có trật tự - cấu trúc đa tinh thể ™ Tính chất tuần hồn tinh thể có ảnh hưởng định đến tính chất điện vật liệu www.ptit.edu.vn GIẢNG VIÊN: ThS Trần Thục Linh BỘ MÔN: Kỹ thuật điện tử - KHOA KTĐT1 Trang 20 ... (“Edison Effect”) ™ 1904 John Ambrose Fleming (“Fleming Diode”) ™ 1906 Lee de Forest (“Triode”) Vacuum tube devices continued to evolve ™ 1940 Russel Ohl (PN junction) ™ 1947 Bardeen and Brattain (Transistor)... trật tự ngăn cách bờ biên dọc theo bờ biên khơng có trật tự - cấu trúc đa tinh thể ™ Tính chất tu? ??n hồn tinh thể có ảnh hưởng định đến tính chất điện vật liệu www.ptit.edu.vn GIẢNG VIÊN: ThS