Quang điện tử và vi mạch tổng hợp

Định nghĩa - Trước hết nó là một linh kiện điện tử nhưng điều đặc biệt là nó hoạt động trên cơ sở chịu sự tác động của ánh sáng hoặc là nó sẽ phát ra ánh sáng.. Nói một cách tổng quát th

Quang điện tử và Vi mạch tổng hợp

(IC)

Mục lục

Mục lục 2

A Quang điện tử 3

I Định nghĩa - Trước hết nó là một linh kiện điện tử nhưng điều đặc biệt là nó hoạt động trên cơ sở chịu sự tác động của ánh sáng hoặc là nó sẽ phát ra ánh sáng Nói một cách tổng quát thì linh kiện quang điện tử có thể chịu tác động của ánh sáng làm biến đổi điện trở, biến đổi dòng điện và biến đổi hiệu điện thế trên nó hoặc khi ta cung cấp một dòng điện đi qua nó thì nó sẽ phát ra một bước sóng ánh sáng nào đó với các màu xanh, đỏ, lam hoặc không màu 3

II Cơ chế hoạt động 3

1 Linh kiện quang điện tử phát ra ánh sáng khi cấp điện cho nó 3

2 Linh kiện quang điện tử chịu sự tác động của sóng ánh sáng 5

III Ứng dụng của linh kiện quang điện tử trong điều khiển cách ly 6

B Vi mạch tổng hợp - IC 7

I Định nghĩa 7

II Lịch sử 7

III Phân loại 7

1 Phân loại theo bản chất của tín hiệu điện 7

2 Phân loại theo công nghệ chế tạo 8

IV Đánh giá 8

1 Ưu điểm 8

2 Nhược điểm 9

V Những thông số kỹ thuật của vi mạch 9

A Quang điện tử

I Định nghĩa

- Trước hết nó là một linh kiện điện tử nhưng điều đặc biệt là nó hoạt động trên cơ sở chịu

sự tác động của ánh sáng hoặc là nó sẽ phát ra ánh sáng Nói một cách tổng quát thì linh kiện quang điện tử có thể chịu tác động của ánh sáng làm biến đổi điện trở, biến đổi dòng điện và biến đổi hiệu điện thế trên nó hoặc khi ta cung cấp một dòng điện đi qua nó thì nó

sẽ phát ra một bước sóng ánh sáng nào đó với các màu xanh, đỏ, lam hoặc không màu

II Cơ chế hoạt động

1 Linh kiện quang điện tử phát ra ánh sáng khi cấp điện cho nó

- Những linh kiện này được chế tạo nhằm mục đích chiếu sáng, trang trí và một số được sử dụng trong các mạch điều khiển Đặc điểm của những linh kiện này đó là khi ta cấp cho nó một dòng điện chạy qua thì bản thân nó sẽ phát ra ánh sáng Các linh kiện phổ biến nhất thuộc loại này được biết đến với các tên gọi như đèn Led, Laser và đèn phát hồng ngoại

a Bóng đèn Led

- Dùng trong các biển quảng cáo, đèn chỉ thị,

làm báo hiệu và gần đây thì người ta đã chế

tạo nhiều bóng đèn Led với mục đích chiếu

sáng gia đình cũng như đường phố

b Laser

- Ứng dụng nhiều trong trang trí, trong truyền tín

hiệu và điều khiển từ xa hoặc được dùng để cắt

gọt, gia công cơ khí Đặc điểm của ánh sáng

Laser đó là truyền đi với một phương cực thẳng,

năng lượng có công suất lớn và bị suy hao năng

lượng trong không khí rất ít Chính vì những đặc

điểm đó mà Laser còn được dùng làm tia định vị

trong những vũ khí bắn tỉa

c Đèn phát hồng ngoại

- Bề ngoài rất giống một bóng đèn Led bình thường nhưng

khi cấp điện vào ta không thể nhìn thấy ánh sáng mà nó

phát ra Nó được sử dụng trong các thiết bị điều khiển từ xa

trong các thiết bị điện tử gia dụng Tại sao nó được sử dụng

nhiều trong các thiết bị điều khiển từ xa bởi vì nó phát ra

một sóng hồng ngoại có bước sóng nằm ngoài vùng ánh sáng chúng ta nhìn thấy nên nó it bị nhiễu bởi ánh sáng

2 Linh kiện quang điện tử chịu sự tác động của sóng ánh sáng

- Đây là những linh kiện có các thông số vật lý như điện trở, hiệu điện thế thay đổi khi có sóng ánh sáng tác động vào Chính sự biến đổi đó của những linh kiện này lên con người có thể dùng ánh sáng để điều khiển những thiết bị này hoặc dùng chính những linh kiện quang điện tử ở phần trên để điều khiển Một số linh kiện quang điện tử phổ biến thuộc loại này có thể nói đến như pin mặt trời, quang điện trở , photo quang điện , phototransistor, tế bào quang điện

a Pin mặt trời

- Ứng dụng rộng rãi trong xu thế sử dụng nguồn năng

lượng sạch từ thiên nhiên Nguyên lý hoạt động của nó rất

đơn giản, chỉ cần có sóng ánh sáng chiếu vào là nó sinh ra

một hiệu điện thế Người ta tích trữ năng lượng của nó

vào một hệ thống ắc quy để sử dụng điện năng vào ban

đêm

b Quang điện trở

- Là một linh kiện điện tử thông dụng , thường được thấy

trong các thiết bị dùng ánh sáng để điều khiển Điện trở của

linh kiện này sẽ thay đổi khi có ánh sáng chiếu vào, ở môi

trường tối sáng thì những linh kiện này có điện trở rất lớn

cỡ mê ga ohm , còn khi ra ngoài ánh sáng thì nó lại trở

thành một vật dẫn điện Dựa vào đặc điểm này mà quang điện trở còn được sử dụng với chức năng như một cảm biến ánh sáng

III Ứng dụng của linh kiện quang điện tử trong điều khiển cách ly

- Một trong những yêu cầu tối quan trọng trong các máy móc chính xác đó là độ bền và tính an toàn điện Bài toán đặt ra đó là khi thiết bị tiêu thụ như bóng đèn, máy bơm, chạy ở điện áp hàng trăm vôn trong khi đó chíp điều khiển lại chạy ở điện áp thấp từ 3.3 đến 5 V Trong quá trình hoạt động để tránh dò điện áp cao đánh thủng chíp điều khiển thì linh kiện quang điện tử được sử dụng để nâng cao tính ổn định của hệ thống Các chip vi xử lý sẽ điều khiển các chuyển mạch bán dẫn thông qua các linh kiện quang điện tử như opto couple để đóng cắt điện áp cao cung cấp nguồn điện đến các tải tiêu thụ

B Vi mạch tổng hợp - IC

I Định nghĩa

- IC – Vi mạch tích hợp là linh

kiện điện tử tích hợp nhiều các

linh kiện như tụ điện, điện trở,

transistor, với số lượng lớn,

ghép lại với nhau theo một mạch

đã được thiết kế sẵn nhằm đáp

ứng mục đich sử dụng nào đó

- Một vi mạch tích hợp bao gồm

một chip đơn tinh thể silic có chứa các linh kiện tích cực và linh kiện thụ động cùng dây nối giữa chúng Các linh kiện này được chế tạo bằng công nghệ giống như công nghệ chế tạo điôt và tranzito riêng rẽ Quá trình công nghệ này gồm việc nuôi cấy lớp epitaxi, khuếch tán tạp chất mặt

nạ, nuôi cấy lớp oxit, và khắc oxit, sử dụng ảnh in li tô để định rõ các giản đồ

II Lịch sử

Lịch sử phát triển của mạch tích hợp bắt đầu từ năm 1949, khi kỹ sư người Đức Werner

Jacobi (Siemens AG) nộp bằng sáng chế cho một thiết bị khuếch đại bán dẫn giống như mạch tích hợp, có 5 transistor trên một bề mặt chung cho bộ khuếch đại 3 tầng, làm dụng cụ trợ thính

III Phân loại

1 Phân loại theo bản chất của tín hiệu điện

- IC tuyến tính: Là loại IC có khả năng xử lý các dữ liệu xảy ra liên tục

- IC số: Là loại IC có khả năng xử lý các dữ liệu xảy ra rời rạc

2 Phân loại theo công nghệ chế tạo

- Vi mạch bán dẫn (hay còn gọi là vi mạch đơn khối): Trong các vi mạch bán dẫn, các phần tử tích cực và thụ động được chế tạo trên một đơn tinh thể bán dẫn (Si (N) hoặc Si (P)) làm chất nền Việc chế tạo vi mạch bán dẫn chủ yếu dựa trên quá trình quang khắc theo các phương pháp Plana, Plana- epitaxi hay siloc

- Vi mạch màng mỏng: Trong đó chỉ tích hợp các linh kiện thụ động trên đế là thủy tinh cách điện hay Ceramic bằng phương pháp bốc hơi và lắng đọng trong chân không, còn các phần tử tích cực được hàn gắn vào mạch như các linh kiện rời rạc Ưu điểm của loại này là chế tạo được các điện trở và tụ điện có chất lượng cao và sai số nhỏ

- Vi mạch màng dày: Trong đó chỉ tích hợp các linh kiện thụ động trên đế là chất bán dẫn bằng phương pháp quang khắc qua khuôn còn các linh kiện tích cực được hàn vào như linh kiện rời rạc

- Vi mạch lai: Trong đó tích hợp cả các linh kiện tích cực và các linh kiện thụ động trên một đế là thuỷ tinh hoặc Ceramic theo cả hai công nghệ chế tạo vi mạch bán dẫn và vi mạch màng mỏng

Vi mạch lai có độ tin cậy cao hơn loại vi mạch bán dẫn Tuy nhiên, công nghệ chế tạo vi mạch lai còn phức tạp nên giá thành của nó cao hơn, điều này hạn chế việc sử dụng công nghệ này

IV Đánh giá

1 Ưu điểm

- Vi mạch tích hợp có độ tin cậy rất cao, kích thước nhỏ, chứa được

nhiều phần tử (IC bậc 1 chứa 10 linh kiện, IC bậc 2 chứa 11 ÷ 100 linh

kiện, IC bậc 3 chứa 101 ÷ 1000 linh kiện, IC bậc 4 chứa đến 10000 linh

kiện hoặc lớn hơn), giá thành hạ, tiêu thụ ít năng lượng điện

2 Nhược điểm

- Do sử dụng năng lượng nhỏ nên hạn chế tốc độ làm việc

- Yêu cầu về độ ổn định nguồn cung cấp cao

V Những thông số kỹ thuật của vi mạch

- Mã số vi mạch: qua đó cho biết chức năng

- Hãng sản xuất

- Các thông số kỹ thuật khác (được quy định tùy thuộc vào từng loại vi mạch cụ thể)