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半导体器件的种类及发展
1、种类:
二极管、三极管、场效应管、集成电路(IC)
[Integrated Circuit]
2、发展:
电子器件的更新换代推动电子技术的发展,其中
电子学发展史上三个重要里程碑:
1)1906年电子管发明(进入电子时代)
2)1948年晶体管问世(半导体器件)
3)60年代集成电路出现(进入信息时代)
目前,贝尔实验室正研制超小体积和超低功耗的第四代半导体器件,它的问世将掀起电子技术新革命:
——电子管
1906年,福雷斯特(Lee De Fordst)等发明,可实现整流、稳压、检波、放大、振荡等多种功能电路。
电子管体积大、重量重、寿命短、耗电大。,占地170m2,重30t,耗电150kW。
——晶体管(半导体三极管)
1948年,肖克利()等发明,在体积、重量等方面性能优于电子管。
但是,由成百上千只晶体管和其他元件组成的分立电路体积大、焊点多,可靠性差。
——集成电路(IC)
1958年,基尔白等设想将管子、元件和线路集成封装在一起,三年后,集成电路实现了商品化。
IC按集成度分: (1)小规模IC(SSI)<102
(2)中规模IC (MSI)<103
(3)大规模IC (LSI)<105
(4)超大规模IC (VLSI)>105
微机电系统(Micro Electro Mechanical Systems,MEMS)
外形尺寸在毫米量级,组成元器件尺寸在纳米、微米量级
将信号探测、处理、控制和执行各子系统集成于一体的
可运作微型机电装置。
例:德国工程师制成黄蜂大小的能升空的直升飞机
应用:军事(小型间谍飞机)
单芯片系统(system on chip)
一片单芯片系统=一颗卫星
微型计算机(嵌入衣服、皮包中)
微型手机(耳机大小,一年充电一次)
半导体物理基础知识
半导体(Semiconductor)定义
特点:导电能力可控(受控于光、热、杂质等)
典型半导体材料:硅Si和锗Ge以及***化镓GaAs等
Ge二极管
GaAs-AlGaAs 谐振腔发光二极管
本征半导体(Intrinsic Semiconductor)
intrinsic: (指价值、性质)固有的, 内在的, 本质的
——纯净无掺杂的半导体。
%,常称为“九个9”。
(1) 共价键结构
(2) 电子空穴对
(3) 空穴的移动
(1)共价键(covalent bond)结构
空间排列有序的晶体(crystal)
以硅原子(Si)为例:
(a) 硅晶体的空间排列(b) 共价键结构平面示意图
电子空穴对:载流子(Carrier)
本征激发和复合在一定温度下会达到动态平衡!
(2)电子空穴对(Electron – Hole Pair)
本征激发(热激发)
电子(- )
空穴(+)
复合(bination)
相邻电子过来填补空穴
本征激发
自由电子
空穴
+4
+4
+4
+4
+4
+4
+4
+4
+4
+4
+4
+4
+4
+4
+4
+4
空穴的自由移动
(3) 空穴的移动(导电)?
相邻共价键中的价电子反向依次填补空穴
Bonded electron