半導(dǎo)體器件是�(dǎo)電性介于良�(dǎo)電體與絕緣體之間,利用半�(dǎo)體材料特殊電特性來(lái)完成特定功能的電子器�,可用來(lái)�(chǎn)�、控制、接�、變�、放大信 �(hào)和�(jìn)行能量轉(zhuǎn)換�
半導(dǎo)體器件的半導(dǎo)體材料是�、鍺或砷化鎵,可用作整流��振蕩�、發(fā)光器、放大器、測(cè)光器等器�。為了與集成電路相區(qū)別,有時(shí)也稱(chēng)為分立器�。絕大部分二端器件(�晶體二極管)的基本結(jié)�(gòu)是一�(gè)PN�(jié)�
半導(dǎo)體器件(semiconductor device)通常,利用不同的半導(dǎo)體材�、采用不同的工藝和幾何結(jié)�(gòu),已研制出種�(lèi)繁多、功能用途各異的多種晶體二極,晶體二極管的頻率覆蓋范圍可從低�、高頻、微�、毫米波、紅外直至光泀三端器件一 般是有源器件,典型代表是各種晶體管(又稱(chēng)晶體三極管)。晶體管又可以分為雙極型晶體管和�(chǎng)效應(yīng)晶體管兩 �(lèi)。根�(jù)用途的不同,晶體管可分為功率晶體管微波晶體管和低噪聲晶體管。除了作為放�、振�、開(kāi)�(guān)用的 一般晶體管�,還有一些特殊用途的晶體管,如光晶體�、磁敏晶體管,場(chǎng)效應(yīng)傳感器等。這些器件既能把一� �(huán)境因素的信息�(zhuǎn)換為電信�(hào),又有一般晶體管的放大作用得到較大的輸出信號(hào)。此�,還有一些特殊器件,如單�(jié)晶體管可用于�(chǎn)生鋸齒波,可控硅可用于各種大電流的控制電路,電荷耦合器件可用作攝橡器件或信息� �(chǔ)器件�。在通信和雷�(dá)等軍事裝備中,主要靠高靈敏度、低噪聲的半�(dǎo)體接收器件接收微弱信�(hào)。隨著微� 通信技�(shù)的迅速發(fā)�,微波半�(dǎo)件低噪聲器件�(fā)展很快,工作頻率不斷提高,而噪聲系�(shù)不斷下降。微波半�(dǎo)� 器件由于性能�(yōu)異、體積小、重量輕和功耗低等特性,在防空反�(dǎo)、電子戰(zhàn)、C(U3)I等系�(tǒng)中已得到廣泛的應(yīng)� �
晶體二極�
晶體二極管的基本�(jié)�(gòu)是由一塊P型半�(dǎo)體和一塊N型半�(dǎo)體結(jié)合在一起形成一�(gè)PN�(jié)。在PN�(jié)的交界面處,由于P型半�(dǎo)體中的空穴和N型半�(dǎo)體中的電子要相互�?qū)Ψ綌U(kuò)散而形成一�(gè)具有空間電荷的偶極層。這偶極層阻止了空穴和電子的繼�(xù)�(kuò)散而使PN�(jié)�(dá)到平衡狀�(tài)。當(dāng)PN�(jié)的P端(P型半�(dǎo)體那邊)接電源的正極而另一端接�(fù)極時(shí),空穴和電子都向偶極層流�(dòng)而使偶極層變�,電流很快上�。如果把電源的方向反�(guò)�(lái)�,則空穴和電子都背離偶極層流�(dòng)而使偶極層變�,同�(shí)電流被限制在一�(gè)很小的飽和值內(nèi)(�(chēng)反向飽和電流)。因此,PN�(jié)具有單向?qū)щ�?。此�,PN�(jié)的偶極層還起一�(gè)電容的作用,這電容隨著外加電壓的變化而變�。在偶極層內(nèi)部電�(chǎng)很強(qiáng)。當(dāng)外加反向電壓�(dá)到一定閾值時(shí),偶極層�(nèi)部會(huì)�(fā)生雪崩擊穿而使電流突然增加幾�(gè)�(shù)量級(jí)。利用PN�(jié)的這些特性在各種�(yīng)用領(lǐng)域內(nèi)制成的二極管有:整流二極�、檢波二極管、變頻二極管、變?nèi)荻O管、開(kāi)�(guān)二極�、穩(wěn)壓二極管(曾訥二極管)、崩越二極管(碰撞雪崩渡越二極管)和俘越二極管(俘獲等離子體雪崩渡越�(shí)間二極管)等。此�,還有利用PN�(jié)特殊效應(yīng)的隧道二極管,以及沒(méi)有PN�(jié)的肖脫基二極管和耿氏二極管等�
雙極型晶體管
它是由兩�(gè)PN�(jié)�(gòu)�,其中一�(gè)PN�(jié)�(chēng)為發(fā)射結(jié),另一�(gè)�(chēng)為集電結(jié)。兩�(gè)�(jié)之間的一薄層半導(dǎo)體材料稱(chēng)為基區(qū)。接在發(fā)射結(jié)一端和集電�(jié)一端的兩�(gè)電極分別�(chēng)為發(fā)射極和集電極。接在基區(qū)上的電極�(chēng)為基極。在�(yīng)用時(shí),發(fā)射結(jié)處于正向偏置,集電極處于反向偏置。通過(guò)�(fā)射結(jié)的電流使大量的少�(shù)載流子注入到基區(qū)里,這些少數(shù)載流子靠�(kuò)散遷移到集電�(jié)而形成集電極電流,只有極少量的少�(shù)載流子在基區(qū)�(nèi)�(fù)合而形成基極電流。集電極電流與基極電流之比稱(chēng)為共�(fā)射極電流放大系數(shù)?。在共發(fā)射極電路中,微小的基極電流變化可以控制很大的集電極電流變�,這就是雙極型晶體管的電流放大效應(yīng)。雙極型晶體管可分為NPN型和PNP型兩�(lèi)�
�(chǎng)效應(yīng)晶體�
它依靠一塊薄層半�(dǎo)體受橫向電場(chǎng)影響而改變其電阻(簡(jiǎn)�(chēng)�(chǎng)效應(yīng)),使具有放大信�(hào)的功�。這薄層半�(dǎo)體的兩端接兩�(gè)電極�(chēng)為源和漏。控制橫向電�(chǎng)的電極稱(chēng)為柵�
根據(jù)柵的�(jié)�(gòu),�(chǎng)效應(yīng)晶體管可以分為三種:
①結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)�(用PN�(jié)�(gòu)成柵�)�
②MOS�(chǎng)效應(yīng)管(用金�-氧化物-半導(dǎo)體構(gòu)成柵�,�(jiàn)金屬-絕緣體-半�(dǎo)體系�(tǒng)��
?、跰ES�(chǎng)效應(yīng)管(用金屬與半導(dǎo)體接觸構(gòu)成柵極);其中MOS�(chǎng)效應(yīng)管使用最廣泛。尤其在大規(guī)模集成電路的�(fā)展中,MOS大規(guī)模集成電路具有特殊的�(yōu)越�。MES�(chǎng)效應(yīng)管一般用在GaAs微波晶體管上�
在MOS器件的基�(chǔ)�,又發(fā)展出一種電荷耦合器件(CCD),它是以半導(dǎo)體表面附近存�(chǔ)的電荷作為信息,控制表面附近的勢(shì)阱使電荷在表面附近向某一方向�(zhuǎn)�。這種器件通常可以用作延遲�(xiàn)和存�(chǔ)器等;配上光電二極管列陣,可用作攝像��
中國(guó)半導(dǎo)體器件型�(hào)命名方法
半導(dǎo)體器件型�(hào)由五部分(場(chǎng)效應(yīng)器件、半�(dǎo)體特殊器�、復(fù)合管、PIN型管、激光器件的型號(hào)命名只有第三、四、五部分)組�。五�(gè)部分意義如下�
部分:用�(shù)字表示半�(dǎo)體器件有效電極數(shù)目�2-二極��3-三極�
第二部分:用漢語(yǔ)拼音字母表示半導(dǎo)體器件的材料和極�。表示二極管�(shí):A-N型鍺材料、B-P型鍺材料、C-N型硅材料、D-P型硅材料。表示三極管�(shí):A-PNP型鍺材料、B-NPN型鍺材料、C-PNP型硅材料、D-NPN型硅材料�
第三部分:用漢語(yǔ)拼音字母表示半導(dǎo)體器件的�(lèi)�。P-普通管、V-微波�、W-�(wěn)壓管、C-參量�、Z-整流管、L-整流�、S-隧道�、N-阻尼管、U-光電器件、K-�(kāi)�(guān)管、X-低頻小功率管(F<3MHz,Pc3MHz,Pc<1W)、D-低頻大功率管(f1W)、A-高頻大功率管(f>3MHz,Pc>1W)、T-半導(dǎo)體晶閘管(可控整流器)、Y-體效�(yīng)器件、B-雪崩�、J-階躍恢復(fù)管、CS-�(chǎng)效應(yīng)�、BT-半導(dǎo)體特殊器件、FH-�(fù)合管、PIN-PIN型管、JG-激光器件�
第四部分:用�(shù)字表示序�(hào)
第五部分:用漢語(yǔ)拼音字母表示�(guī)格號(hào)
例如�3DG18表示NPN型硅材料高頻三極�
日本半導(dǎo)體分立器件型�(hào)命名方法
日本生產(chǎn)的半�(dǎo)體分立器�,由五至七部分組�。通常只用到前五�(gè)部分,其各部分的符號(hào)意義如下�
部分:用�(shù)字表示器件有效電極數(shù)目或�(lèi)��0-光電(即光敏)二極管三極管及上述器件的組合管�1-二極��2三極或具有兩�(gè)pn�(jié)的其他器��3-具有四�(gè)有效電極或具有三�(gè)pn�(jié)的其他器�、┄┄依此類(lèi)��
第二部分:日本電子工�(yè)�(xié)�(huì)JEIA注冊(cè)�(biāo)�。S-表示已在日本電子工業(yè)�(xié)�(huì)JEIA注冊(cè)登記的半�(dǎo)體分立器��
第三部分:用字母表示器件使用材料極性和�(lèi)�。A-PNP型高頻管、B-PNP型低頻管、C-NPN型高頻管、D-NPN型低頻管、F-P控制極可控硅、G-N控制極可控硅、H-N基極單結(jié)晶體管、J-P溝道�(chǎng)效應(yīng)管、K-N溝道�(chǎng)效應(yīng)�、M-雙向可控��
第四部分:用�(shù)字表示在日本電子工業(yè)�(xié)�(huì)JEIA登記的順序號(hào)。兩位以上的整數(shù)-從�11”開(kāi)�,表示在日本電子工業(yè)�(xié)�(huì)JEIA登記的順序號(hào);不同公司的性能相同的器件可以使用同一順序�(hào);數(shù)字越�,越是產(chǎn)品�
第五部分:用字母表示同一型號(hào)的改�(jìn)型產(chǎn)品標(biāo)�。A、B、C、D、E、F表示這一器件是原型號(hào)�(chǎn)品的改�(jìn)�(chǎn)��
美國(guó)半導(dǎo)體分立器件型�(hào)命名方法
美國(guó)晶體管或其他半導(dǎo)體器件的命名法較混亂。美�(guó)電子工業(yè)�(xié)�(huì)半導(dǎo)體分立器件命名方法如下:
部分:用符號(hào)表示器件用途的�(lèi)型。JAN-軍級(jí)、JANTX-特軍�(jí)、JANTXV-超特軍級(jí)、JANS-宇航�(jí)、(�(wú)�-非軍用品�
第二部分:用�(shù)字表示pn�(jié)�(shù)��1-二極管�2=三極��3-三�(gè)pn�(jié)器件、n-n�(gè)pn�(jié)器件�
第三部分:美�(guó)電子工業(yè)�(xié)�(huì)(EIA)注�(cè)�(biāo)�。N-該器件已在美�(guó)電子工業(yè)�(xié)�(huì)(EIA)注�(cè)登記�
第四部分:美�(guó)電子工業(yè)�(xié)�(huì)登記順序�(hào)。多位數(shù)�-該器件在美國(guó)電子工業(yè)�(xié)�(huì)登記的順序號(hào)�
第五部分:用字母表示器件分檔。A、B、C、D、┄�-同一型號(hào)器件的不同檔別。如:JAN2N3251A表示PNP硅高頻小功率�(kāi)�(guān)三極�,JAN-軍級(jí)�2-三極�、N-EIA注冊(cè)�(biāo)��3251-EIA登記順序�(hào)、A-2N3251A檔�
�(guó)際電子聯(lián)合會(huì)半導(dǎo)體器件型�(hào)命名方法
德國(guó)、法�(guó)、意大利、荷蘭、比利時(shí)等歐洲國(guó)家以及匈牙利、羅馬尼�、南斯拉夫、波蘭等東歐�(guó)�,大都采用國(guó)際電子聯(lián)合會(huì)半導(dǎo)體分立器件型�(hào)命名方法。這種命名方法由四�(gè)基本部分組成,各部分的符�(hào)及意義如下:
部分:用字母表示器件使用的材�。A-器件使用材料的禁帶寬度Eg=0.6�1.0eV如鍺、B-器件使用材料的Eg=1.0�1.3eV如硅、C-器件使用材料的Eg>1.3eV如砷化鎵、D-器件使用材料的Eg<0.6eV如銻化銦、E-器件使用�(fù)合材料及光電池使用的材料
第二部分:用字母表示器件的類(lèi)型及主要特征。A-檢波�(kāi)�(guān)混頻二極管、B-�?nèi)荻O�、C-低頻小功率三極管、D-低頻大功率三極管、E-隧道二極�、F-高頻小功率三極管、G-�(fù)合器件及其他器件、H-磁敏二極�、K-�(kāi)放磁路中的霍爾元�、L-高頻大功率三極管、M-封閉磁路中的霍爾元件、P-光敏器件、Q-�(fā)光器�、R-小功率晶閘管、S-小功率開(kāi)�(guān)管、T-大功率晶閘管、U-大功率開(kāi)�(guān)�、X-倍增二極�、Y-整流二極�、Z-�(wěn)壓二極管�
第三部分:用�(shù)字或字母加數(shù)字表示登記號(hào)。三位數(shù)�-代表通用半導(dǎo)體器件的登記序號(hào)、一�(gè)字母加二位數(shù)�-表示�(zhuān)用半�(dǎo)體器件的登記序號(hào)�
第四部分:用字母�(duì)同一�(lèi)型號(hào)器件�(jìn)行分檔。A、B、C、D、E┄┄-表示同一型號(hào)的器件按某一參數(shù)�(jìn)行分檔的�(biāo)��
除四�(gè)基本部分�,有�(shí)還加后綴,以區(qū)別特性或�(jìn)一步分�(lèi)。常�(jiàn)后綴如下�
1、穩(wěn)壓二極管型號(hào)的后綴。其后綴的部分是一�(gè)字母,表示穩(wěn)定電壓值的容許誤差范圍,字母A、B、C、D、E分別表示容許誤差為�1%、�2%、�5%、�10%、�15%;其后綴第二部分是數(shù)�,表示標(biāo)�(chēng)�(wěn)定電壓的整數(shù)�(shù)�;后綴的第三部分是字母V,代表小�(shù)�(diǎn),字母V之后的數(shù)字為�(wěn)壓管�(biāo)�(chēng)�(wěn)定電壓的小數(shù)��
2、整流二極管后綴是數(shù)�,表示器件的反向峰值耐壓值,單位是伏��
3、晶閘管型號(hào)的后綴也是數(shù)�,通常�(biāo)出反向峰值耐壓值和反向�(guān)斷電壓中�(shù)值較小的那�(gè)電壓��
如:BDX51-表示NPN硅低頻大功率三極�,AF239S-表示PNP鍺高頻小功率三極��
把晶體二極管、三極管以及電阻電容都制作在同一塊硅芯片�,稱(chēng)為集成電路。一塊硅芯片上集成的元件�(shù)小于 100�(gè)的稱(chēng)為小�(guī)模集成電�,從 100�(gè)元件�1000 �(gè)元件的稱(chēng)為中�(guī)模集成電�,從1000 �(gè)元件�100000 �(gè)元件的稱(chēng)為大�(guī)模集成電��100000 �(gè)元件以上的稱(chēng)為超大規(guī)模集成電�。集成電路是�(dāng)前發(fā)展計(jì)算機(jī)所必需的基�(chǔ)電子器件。許多工�(yè)先�(jìn)�(guó)家都十分重視集成電路工業(yè)的發(fā)展。集成電路的集成度以每年增加一倍的速度在增�(zhǎng)。每�(gè)芯片上集�256千位的MOS隨機(jī)存儲(chǔ)器已研制成功,正在向1兆位 MOS隨機(jī)存儲(chǔ)器探��
光電探測(cè)�
光電探測(cè)器的功能是把微弱的光信號(hào)�(zhuǎn)換成電信�(hào),然后經(jīng)�(guò)放大器將電信�(hào)放大,從而達(dá)到檢�(cè)光信�(hào)的目�。光敏電阻是最早發(fā)展的一種光電探�(cè)�。它利用了半�(dǎo)體受光照后電阻變小的效應(yīng)。此外,光電二極�、光電池都可以用作光電探�(cè)元件。十分微弱的光信�(hào),可以用雪崩光電二極管來(lái)探測(cè)。它是把一�(gè)PN�(jié)偏置在接近雪崩的偏壓�,微弱光信號(hào)所激�(fā)的少量載流子通過(guò)接近雪崩的強(qiáng)�(chǎng)區(qū),由于碰撞電離而數(shù)量倍增,因而得到一�(gè)較大的電信號(hào)。除了光電探�(cè)器外,還有與它類(lèi)似的用半�(dǎo)體制成的粒子探測(cè)器�
半導(dǎo)體發(fā)光二極管
半導(dǎo)體發(fā)光二極管的結(jié)�(gòu)是一�(gè)PN�(jié),它正向通電流時(shí),注入的少數(shù)載流子靠�(fù)合而發(fā)�。它可以�(fā)出綠�、黃光、紅光和紅外�(xiàn)�。所用的材料� GaP、GaAs、GaAs1-xPx、Ga1-xAlxAs、In1-xGaxAs1-yPy��
半導(dǎo)體激光器
如果使高效率的半�(dǎo)體發(fā)光管的發(fā)光區(qū)處在一�(gè)光學(xué)諧振腔內(nèi),則可以得到激光輸�。這種器件�(chēng)為半�(dǎo)體激光器或注入式激光器。最早的半導(dǎo)體激光器所用的PN�(jié)是同�(zhì)�(jié),以后采用雙異質(zhì)�(jié)�(jié)�(gòu)。雙異質(zhì)�(jié)激光器的優(yōu)�(diǎn)在于它可以使注入的少�(shù)載流子被限制在很薄的一層有源區(qū)�(nèi)�(fù)合發(fā)光,同時(shí)由雙異質(zhì)�(jié)�(jié)�(gòu)組成的光�(dǎo)管又可以使產(chǎn)生的光子也被限制在這層有源區(qū)�(nèi)。因此雙異質(zhì)�(jié)激光器有較低的閾值電流密度,可以在室溫下連續(xù)工作�
光電�
�(dāng)光線(xiàn)投射到一�(gè)PN�(jié)上時(shí),由光激�(fā)的電子空穴對(duì)受到PN�(jié)附近的內(nèi)在電�(chǎng)的作用而向相反方向分離,因此在PN�(jié)兩端�(chǎn)生一�(gè)電動(dòng)�(shì),這就成為一�(gè)光電�。把日光�(zhuǎn)換成電能的日光電池很受人們重�。應(yīng)用的日光電池都是用硅單晶制造的,成本太�,不能大量推廣使用。國(guó)際上都在尋找成本低的日光電池,用的材料有多晶硅和�(wú)定形硅等�
其它
利用半導(dǎo)體的其他特性做成的器件還有熱敏電阻、霍耳器�、壓敏元�、氣敏晶體管和表面波器件等�
今年是摩爾法�(Moore’slaw)�(wèn)�50周年,這一法則的誕生是半導(dǎo)體技�(shù)�(fā)展史上的一�(gè)里程碑�
�50年里,摩爾法則成為了信息技�(shù)�(fā)展的指路明燈。計(jì)算機(jī)從神秘不可近的龐然大物變成多�(shù)人都不可或缺的工�,信息技�(shù)由實(shí)�(yàn)室�(jìn)入無(wú)�(shù)�(gè)普通家庭,因特�(wǎng)將全世界�(lián)系起�(lái),多媒體視聽(tīng)�(shè)備豐富著每�(gè)人的生活。這一法則決定了信息技�(shù)的變化在加�,產(chǎn)品的變化也越�(lái)越快。人們已看到,技�(shù)與產(chǎn)品的�(chuàng)新大致按照它的節(jié)�,超前者多�(shù)成為先鋒,而落后者容易被淘汰�
這一切背后的�(dòng)力都是半�(dǎo)體芯�。如果按照舊有方式將晶體�、電阻和電容分別安裝在電路板上,那么不僅�(gè)人電腦和移動(dòng)通信不會(huì)出現(xiàn),連基因組研究、計(jì)算機(jī)輔助�(shè)�(jì)和制造等新科技更不可能�(wèn)世。有�(guān)�(zhuān)家指�,摩爾法則已不僅僅是針�(duì)芯片技�(shù)的法�;不久的將�(lái),它有可能擴(kuò)展到�(wú)�(xiàn)技�(shù)、光�(xué)技�(shù)、傳感器技�(shù)等領(lǐng)�,成為人�?cè)谖粗I(lǐng)域探索和�(chuàng)新的指導(dǎo)思想�
毫無(wú)疑問(wèn),摩爾法則對(duì)整�(gè)世界意義深遠(yuǎn)。不�(guò),隨著晶體管電路逐漸接近性能極限,這一法則將會(huì)走到盡頭。摩爾法則何�(shí)失效?專(zhuān)家們對(duì)此眾�(shuō)紛紜。早�1995年在芝加哥舉行信息技�(shù)�(guó)際研討會(huì)�,美�(guó)科學(xué)家和工程師杰克·基爾比表示�5納米處理器的出現(xiàn)�?qū)⒔K�(jié)摩爾法則。中�(guó)科學(xué)家和未來(lái)�(xué)家周海中在此次研討會(huì)上預(yù)言,由于納米技�(shù)的快速發(fā)��30年后摩爾法則很可能就�(huì)失效�2012�,日裔美籍理論物理學(xué)家加�(lái)道雄在接受智囊網(wǎng)站采訪時(shí)�(chēng),“在10年左右的�(shí)間內(nèi),我們將看到摩爾法則崩潰?!鼻安痪?,摩爾本人認(rèn)為這一法則�2020年的�(shí)候就�(huì)黯然失色。一些專(zhuān)家指�,即使摩爾法則壽終正寢,信息技�(shù)前�(jìn)的步伐也不會(huì)變慢�
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