半導體基本概念,半導體積體電路的基本概念

2022-08-14 19:00:23 字數 5082 閱讀 3433

1樓:坐著烏龜去游泳

半導體是一種電導率在絕緣體至導體之間的物質,其電導率容易受控制,可作為資訊處理的元件材料。從科技或是經濟發展的角度來看,半導體非常重要。很多電子產品,如計算機、移動**、數字錄音機的核心單元都是利用半導體的電導率變化來處理資訊。

常見的半導體材料有矽、鍺、砷化鎵等,而矽更是各種半導體材料中,在商業應用上最具有影響力的一種。

基本簡介

半導體顧名思義:常溫下導電效能介於導體(conductor)與絕緣體(insulator)之間的材料,叫做半導體(semiconductor)。

物質存在的形式多種多樣,固體、液體、氣體、等離子體等等。我們通常把導電性和導電導熱性差或不好的材料,如金剛石、人工晶體、琥珀、陶瓷等等,稱為絕緣體。而把導電、導熱都比較好的金屬如金、銀、銅、鐵、錫、鋁等稱為導體。

可以簡單的把介於導體和絕緣體之間的材料稱為半導體。與導體和絕緣體相比,半導體材料的發現是最晚的,直到20世紀30年代,當材料的提純技術改進以後,半導體的存在才真正被學術界認可。

半導體的分類,按照其製造技術可以分為:積體電路器件,分立器件、光電半導體、邏輯ic、模擬ic、儲存器等大類,一般來說這些還會被分成小類。此外還有以應用領域、設計方法等進行分類,雖然不常用,單還是按照ic、lsi、vlsi(超大lsi)及其規模進行分類的方法。

此外,還有按照其所處理的訊號,可以分成模擬、數字、模擬數字混成及功能進行分類的方法。

基本定義

電阻率介於金屬和絕緣體之間並有負的電阻溫度係數的物質。

半導體室溫時電阻率約在10e-5~10e7歐·米之間,溫度升高時電阻率指數則減小。

半導體材料很多,按化學成分可分為元素半導體和化合物半導體兩大類。

鍺和矽是最常用的元素半導體;化合物半導體包括ⅲ-ⅴ 族化合物(砷化鎵、磷化鎵等)、ⅱ-ⅵ族化合物(硫化鎘、硫化鋅等)、氧化物(錳、鉻、鐵、銅的氧化物),以及由ⅲ-ⅴ族化合物和ⅱ-ⅵ族化合物組成的固溶體(鎵鋁砷、鎵砷磷等)。除上述晶態半導體外,還有非晶態的玻璃半導體、有機半導體等。

半導體(東北方言):意指半導體收音機,因收音機中的電晶體由半導體材料製成而得名。

本徵半導體

不含雜質且無晶格缺陷的半導體稱為本徵半導體。在極低溫度下,半導體的價帶是滿帶(見能帶理論),受到熱激發後,價帶中的部分電子會越過禁帶進入能量較高的空帶,空帶中存在電子後成為導帶,價帶中缺少一個電子後形成一個帶正電的空位,稱為空穴。導帶中的電子和價帶中的空穴合稱電子 - 空穴對,均能自由移動,即載流子,它們在外電場作用下產生定向運動而形成巨集觀電流,分別稱為電子導電和空穴導電。

這種由於電子-空穴對的產生而形成的混合型導電稱為本徵導電。導帶中的電子會落入空穴,電子-空穴對消失,稱為複合。複合時釋放出的能量變成電磁輻射(發光)或晶格的熱振動能量(發熱)。

在一定溫度下,電子 - 空穴對的產生和複合同時存在並達到動態平衡,此時半導體具有一定的載流子密度,從而具有一定的電阻率。溫度升高時,將產生更多的電子 - 空穴對,載流子密度增加,電阻率減小。無晶格缺陷的純淨半導體的電阻率較大,實際應用不多。

分立功率器件按照功率的大小劃分為大功率半導體器件和中小功率半導體器件。具體來說,大功率閘流體專指承受電流值在200a 以上的閘流體產品;大功率模組則指承受電流25a 以上的模組產品;大功率igbt、mosfet 指電流超過50a 以上的igbt、mosfet 產品。

1956 年美國貝爾實驗室(bell lab)發明了閘流體,國際上,70 年代各種型別的閘流體有了很大發展,80 年代開始加快發展大功率模組,同時各種大功率半導體器件在歐美日有很大的發展,90 年代igbt 等全控型器件研製成功並開始得到應用。

在國內,60 年代閘流體研究開始起步,70 年代研製出大功率的閘流體,80年代以來,大功率閘流體在中國得到很大發展,同時開始研製模組;本世紀以來,開始少量引進超大功率閘流體(含光控閘流體)技術;近年來國家正在逐步引進igbt、mosfet 技術。中國巨集觀經濟的不斷成長,帶動了大功率半導體器件技術的發展和應用的不斷深入。

閘流體、模組、igbt 的發明和發展順應了電力電子技術發展的不同需要,是功率半導體發展歷程中不同時段的重要標誌產品,他們的應用領域、應用場合大部分不相同,小部分有交叉。在技術不斷髮展和工藝逐步改善的雙重推動下,[1]大功率半導體器件將向著高電壓、大電流、高頻化、模組化、智慧化的方向發展。在10khz 以下、大功率、高電壓的場合,大功率閘流體和模組具有很強的抗衝擊能力及高可靠性而佔據優勢,同時又因成本較低、應用簡單而易於普及。

在10khz 以上、中低功率場合,igbt、mosfet 以其全控性、適用頻率高而佔據優勢。

2樓:情感語錄小靈通

半導體是—種化學成分純淨、結構完整的半導體。製造半導體器件的半導體材料的純度要達到99.9999999%,常稱為"九個9"。它在物理結構上呈單晶體形態。

(1) 半導體的熱敏性、光敏性和摻雜性

① 熱敏性、光敏性—本質半導體在溫度升高或光照情況下,導電率明顯提高。

② 摻雜性—在本徵半導體中摻入某種特定的雜質,成為雜質半導體後,其導電率會明顯的發生改變。

(2) 電子空穴對

在絕對溫度0k時,半導體中沒有自由電子。當溫度升高或受到光的照射時,將有少數電子能掙脫原子核的束縛而成為自由電子,流下的空位稱為空穴,這一現象稱為本徵激發(也稱熱激發)。在本徵半導體中自由電子和空穴是同時成對出現的,稱為電子空穴對。

遊離的部分自由電子也可能回到空穴中去,稱為複合。本徵激發和複合在一定溫度下會達到動態平衡。自由電子和空穴在半導體中都是導電粒子,稱它們為載流子。

2. n型半導體和p型半導體

(1) n型半導體

在本徵半導體中摻入五價雜質元素,例如磷,可形成n型半導體,也稱電子型半導體。因五價雜質原子中只有四個價電子能與周圍四個半導體原子中的價電子形成共價鍵,而多餘的一個價電子因無共價鍵束縛而很容易形成自由電子。在n型半導體中自由電子是多數載流子(多子),它主要由雜質原子提供;空穴是少數載流子(少子), 由熱激發形成。

(2)p型半導體

在本徵半導體中摻入三價雜質元素,如硼、鎵、銦等形成了p型半導體,也稱為空穴型半導體。因三價雜質原子在與矽原子形成共價鍵時,缺少一個價電子而在共價鍵中留下一空穴。p型半導體中空穴是多數載流子,主要由摻雜形成;電子是少數載流子,由熱激發形成。

根據物體導電能力(電阻率)的不同,來劃分導體、絕緣體和半導體。

3樓:渴侯含巧

半導體指常溫下導電效能介於導體與絕緣體之間的材料。

半導體在積體電路、消費電子、通訊系統、光伏發電、照明、大功率電源轉換等領域都有應用,如二極體就是採用半導體制作的器件。

無論從科技或是經濟發展的角度來看,半導體的重要性都是非常巨大的。大部分的電子產品,如計算機、移動**或是數字錄音機當中的核心單元都和半導體有著極為密切的關聯。

常見的半導體材料有矽、鍺、砷化鎵等,矽是各種半導體材料應用中最具有影響力的一種。

元素半導體。元素半導體是指單一元素構成的半導體,其中對矽、硒的研究比較早。它是由相同元素組成的具有半導體特性的固體材料,容易受到微量雜質和外界條件的影響而發生變化。

目前, 只有矽、鍺效能好,運用的比較廣,硒在電子照明和光電領域中應用。矽在半導體工業中運用的多,這主要受到二氧化矽的影響,能夠在器件製作上形成掩膜,能夠提高半導體器件的穩定性,利於自動化工業生產、有機合成物半導體。有機化合物是指含分子中含有碳鍵的化合物,把有機化合物和碳鍵垂直,疊加的方式能夠形成導帶,通過化學的新增,能夠讓其進入到能帶,這樣可以發生電導率,從而形成有機化合物半導體。

這一半導體和以往的半導體相比,具有成本低、溶解性好、材料輕加工容易的特點。可以通過控制分子的方式來控制導電效能,應用的範圍比較廣,主要用於有機薄膜、有機照明等方面。

半導體積體電路的基本概念

4樓:手機使用者

1 電路的關態-指電路的輸出管處於截止工作狀態時的電路狀態,此時在輸出端可得到 vo=voh,電路輸出高電平。

2電路的開態-指電路的輸出管處於飽和工作狀態時的電路狀態,此時在輸出端可得到 vo=vol,電路輸出低電平。

3 電路的電壓傳輸特性-指電路的輸出電壓vo隨輸入電壓vi變化而變化的性質或關係(可用曲線表示,與電晶體電壓傳輸特性相似)。

4 輸出高電平voh-與非閘電路輸入端中至少一個接低電平時的輸出電平。

5 輸出低電平vol-與非閘電路輸入端全部接高電平時的輸出電平。

6 開門電平vihmin-為保證輸出為額定低電平時的最小輸入高電平(von)。

7關門電平vilmax-為保證輸出為額定高電平時的最大輸入低電平(voff)。

8 邏輯擺幅vl-輸出電平的最大變化區間,vl=voh-vol。

9 過渡區寬度vw-輸出不確定區域(非靜態區域)寬度,vw=vihmin-vilmax。

10 低電平噪聲容限vnml-輸入低電平時,所容許的最大噪聲電壓。其表示式為 vnml=vilmax-vilmin=vilmax- vol(實用電路)。

11高電平噪聲容限vnmh-輸入高電平時,所容許的最大噪聲電壓。其表示式為 vnmh=vihmax-vihmin=voh- vihmin(實用電路)。

12 電路的帶負載能力(電路的扇出係數)-指在保證電路的正常邏輯功能時,該電路最多可驅動的同類門個數。對閘電路來講,輸出有兩種穩定狀態,即應同時考慮電路開態帶負載能力和電路關態帶負載能力。

13 輸入短路電流iil-指電路被測輸入端接地,而其它輸入端開路時,流過接地輸入端的電流。

14輸入漏電流(拉電流,高電平輸入電流,輸入交叉漏電流)iih-指電路被測輸入端接高電平,而其它輸入端接地時,流過接高電平輸入端的電流。

15 靜態功耗-指某穩定狀態下消耗的功率,是電源電壓與電源電流之乘積。電路有兩個穩態,則有導通功耗和截止功耗,電路靜態功耗取兩者平均值,稱為平均靜態功耗。

16 瞬態延遲時間td-從輸入電壓vi上跳到輸出電壓vo開始下降的時間間隔。delay-延遲。

17瞬態下降時間tf-輸出電壓vo從高電平voh下降到低電平vol的時間間隔。fall-下降。

18 瞬態儲存時間ts-從輸入電壓vi下跳到輸出電壓vo開始上升的時間間隔。storage-儲存。

19 瞬態上升時間tr-輸出電壓vo從低電平vol上升到高電平voh的時間間隔。rise-上升。

20瞬態導通延遲時間tphl-(實用電路)從輸入電壓上升沿中點到輸出電壓下降沿中點所需要的時間。

21 瞬態截止延遲時間tplh-(實用電路)從輸入電壓下降沿中點到輸出電壓上升沿中點所需要的時間。

22 平均傳輸延遲時間tpd-為瞬態導通延遲時間tphl和瞬態截止延遲時間tplh的平均值,是討論電路瞬態的實用引數。

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