☆物理
◆ブレークダウン、アバランシェ現象
※逆方向電圧を大きくしていくと、突然、逆方向に電流が流れ始める。
⇒降伏現象(ブレークダウン)
逆方向電圧大⇒キャリアの加速⇒結合部の格子に衝突⇒電子や正孔が雪崩をうって流れるようになる「アバランシェ現象」
◆トンネル効果
アバランシェ現象よりも高い逆方向電圧を加える
N型半導体の価電子が空乏層を飛び越えてP型へ飛んでいく
⇒トンネル効果
(ツェナー降伏現象)
⇒降伏電圧、ブレークダウン電圧
⇒さらに逆方向に電圧を加えようとしても、その分流れる電流が増え、逆方向電圧はほぼ一定となる
※不純物濃度が高いと容易に起こる
◆バンドギャップ
※valence band 価電子帯
絶縁体や半導体において価電子で満たされたエネルギーバンド
※価電子帯の頂上から伝導体の底までのギャップがバンドギャップ。半導体や絶縁帯ではバンドギャップ中にフェルミ準位が存在する。金属では価電子を含むバンドに空きがあり(バンド中にフェルミ準位がある)、価電子がそのまま伝導電子(自由電子)となる。半導体や絶縁体では、価電子にバンドギャップを超えるエネルギーを与えて、価電子帯から伝導帯に冷機することで伝導電子を得られる。
※conduction band 伝導帯
◆ボディエフェクト
基板逆バイアス効果
逆バイアス電圧を高めると、バルク空乏領域を広げ、閾値電圧が高くなる
☆ダイオード
◆小信号
◆パワー
◆ツェナー・ダイオード
◆ショットキー・バリア・ダイオード
◆ゲルマニウム・ダイオード
☆トランジスタ
transfer of energy through varistor
◆バイポーラ・トランジスタ
_◇NPN型
_◇PNP型
◆MOS-FET
Metal-Oxide-Semiconductor
_◇S, D, G
Source
Drain
Gate
_◇接合
MOSトランジスタで接合は
①逆方向に電圧を印加
②逆方向の漏れ電流は信号の伝達には無関係(無駄な消費電力)
_◇チャネル
チャネルのでき具合はゲートに加える電圧に依存し、ソースとドレイン間に流れる電流はゲート電圧の関数として与えられる。
_◇p-MOSとn-MOS
※p-MOSトランジスタ
正孔が入り口Sから入って出口Dから流れ出るMOSトランジスタ
※n-MOSトランジスタ
電子が入り口Sから入って出口Dから流れ出るMOSトランジスタ
_◇エンハンスメント型とデプレッション型
_◇温度特性
※Vth
※移動度μ
_◇高耐圧MOS-FET
①ゲート酸化膜を厚くする
②ドレインをLDDで包む(濃度勾配緩和)
③ソース・ドレイン間のチャネル長を長くとる
⇒インピーダンスが高くなる。通常型に対して約5倍。
⇒サイズ大
※LDD:Lightly doped drain
☆基本回路
◎PMOS
◎NMOS
◎CMOS
◆インバータ回路とその動作
○Vcc
│
├┐
│┌┘│T2
┌─┤│→┘
入力│ │└┐ 出力
○─┤ ├──○
VI│ │┌┘ VO
└─┤│←┐
│└┐│T1
├┘
│
○Vss
電源電圧Vccを印加し、入力VIをVssからVccに変化させたときのVoおよび電源電流Iccの変化
Vo↑ *:Vo
│ +:Icc
Vcc****
│ *
│ *+
│ +*+
│ +*+
│ +*+
│ + * +
│ + * +
│ + *+
│ + *+
│ + *+
Vss└─+───────*───→VI
Vcc
←①→←─②───→←③→
①PチャネルトランジスタT2のみオン
Vo=Vcc,Iccほとんど流れない
②VIを増加させるとNチャネルトランジスタT1がオンを初めるのでVoがじょじょに下がる
※あるVIで急激に下がる=回路スレッショールド電圧
この値を超えるとVIの増加につれてVoはVssに近づく
※②の領域でのVoはT1,T2のオン抵抗の比で決まる。Iccは流れ、VIが回路スレショールド電圧のとき最大となる
③NチャネルトンラジスタT1のみオン
Vo=Vss,Iccほとんど流れない
◆使用上の注意点
_◇未使用入力端子の処理
未使用入力端子はVccまたはVssに接続し、開放しないこと。開放すると中間電位が入力され、消費電流が増したり、不安定な動作をすることになる
_◇電源ライン
スイッチング時にスパイク状に電流が流れるので、VccとVssの間の最短距離に高周波特性のよい0.1μF程度のセラミックコンデンサを配置。Vcc,Vss配線はできるだけ太くする。大電流ドライバ回路がある場合には、ロジック系と電源ラインを分けること。
_◇ラッチアップ対策
※ラッチアップが起きる条件
VF:入力クランプダイオードの順方向電圧
A.VI>Vcc+VF
B.VO>Vcc+VF
C. VI<Vss-VF
D.VO<Vss-VF
E.VCC過大
※A/Cのケース
2電源を使用する場合に、電源の立ち上がりにさがあるとラッチアップが発生しやすい。電源の異なるIC間の信号線に直列抵抗をいれ、電流を10mA以下に制限するとよい。
微分回路を使用すると入力電圧がVcc,Vssを超えてしまうので、ダイオードを接続して電圧をクランプする。抵抗も接続して電流も制限する。
リレー、モータ等の大電流回路をドライブする場合、コイルのリアクタンスにより電源スパイクが発生する。それらコイルとはなるべく電源を分離すること。またVcc-Vss間に0.01~0.22μFのコンデンサを接続。