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半導(dǎo)體器�
閱讀�4590時間�2017-11-24 09:48:50

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完成特定功能的電子器�,可用來�(chǎn)�、控制、接�、變�、放大信 號和進行能量�(zhuǎn)��
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、測光器等器�。為了與集成電路相區(qū)�,有時也稱為分立器件。絕大部分二端器件(�晶體二極管)的基本結(jié)�(gòu)是一�PN�(jié)�

簡介

  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),已研制出種類繁�、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頻、高�、微�、毫米波、紅外直至光�。三端器件一 般是有源器件,典型代表是各種晶體管(又稱晶體三極管)。晶體管又可以分為雙極型晶體管和場效�(yīng)晶體管兩 類。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�(guān)用的 一般晶體管�,還有一些特殊用途的晶體�,如光晶體管、磁敏晶體管,場效應(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�,又有一般晶體管的放大作用得到較大的輸出信號。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�,電荷耦合器件可用作攝橡器件或信息� 儲器件等。在通信和雷達等軍事裝備�,主要靠高靈敏度、低噪聲的半�(dǎo)體接收器件接收微弱信號。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�,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�,在防空反導(dǎo)、電子戰(zhàn)、C(U3)I等系�(tǒng)中已得到廣泛的應(yīng)� �

分類

  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)合在一起形成一個PN�(jié)。在PN�(jié)的交界面�,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散而形成一個具有空間電荷的偶極�。這偶極層阻止了空穴和電子的繼�(xù)擴散而使PN�(jié)達到平衡狀�(tài)。當PN�(jié)的P端(P型半�(dǎo)體那邊)接電源的正極而另一端接負極�,空穴和電子都向偶極層流動而使偶極層變薄,電流很快上升。如果把電源的方向反過來�,則空穴和電子都背離偶極層流動而使偶極層變厚,同時電流被限制在一個很小的飽和值內(nèi)(稱反向飽和電�)。因�,PN�(jié)具有單向?qū)щ娦浴4送猓琍N�(jié)的偶極層還起一個電容的作用,這電容隨著外加電壓的變化而變�。在偶極層內(nèi)部電場很�。當外加反向電壓達到一定閾值時,偶極層�(nèi)部會�(fā)生雪崩擊穿而使電流突然增加幾個數(shù)量級。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�、開�(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時間二極管)�。此外,還有利用PN�(jié)特殊效應(yīng)的隧道二極管,以及沒有PN�(jié)的肖脫基二極管和耿氏二極管等�
  雙極型晶體管
  它是由兩個PN�(jié)�(gòu)成,其中一個PN�(jié)稱為�(fā)射結(jié),另一個稱為集電結(jié)。兩個結(jié)之間的一薄層半導(dǎo)體材料稱為基區(qū)。接在發(fā)射結(jié)一端和集電�(jié)一端的兩個電極分別稱為發(fā)射極和集電極。接在基區(qū)上的電極稱為基極。在�(yīng)用時,發(fā)射結(jié)處于正向偏置,集電極處于反向偏置。通過�(fā)射結(jié)的電流使大量的少�(shù)載流子注入到基區(qū)�,這些少數(shù)載流子靠擴散遷移到集電結(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��
  場效�(yīng)晶體�
  它依靠一塊薄層半�(dǎo)體受橫向電場影響而改變其電阻(簡稱場效應(yīng)�,使具有放大信號的功�。這薄層半�(dǎo)體的兩端接兩個電極稱為源和漏。控制橫向電場的電極稱為��
  根據(jù)柵的�(jié)�(gòu),場效�(yīng)晶體管可以分為三種:
  ①結(jié)型場效應(yīng)�(用PN�(jié)�(gòu)成柵�)�
 ?、贛OS場效�(yīng)管(用金�-氧化物-半導(dǎo)體構(gòu)成柵�,見金屬-絕緣體-半導(dǎo)體系�(tǒng));
 ?、跰ES場效�(yīng)管(用金屬與半導(dǎo)體接觸構(gòu)成柵極);其中MOS場效�(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場效�(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)體表面附近存儲的電荷作為信息,控制表面附近的勢阱使電荷在表面附近向某一方向�(zhuǎn)�。這種器件�??梢杂米餮舆t線和存儲器等;配上光電二極管列陣,可用作攝像��

命名方法

  中國半導(dǎo)體器件型號命名方�
  半導(dǎo)體器件型號由五部分(場效�(yīng)器件、半�(dǎo)體特殊器件、復(fù)合管、PIN型管、激光器件的型號命名只有第三、四、五部分)組成。五個部分意義如下:
  部分:用�(shù)字表示半�(dǎo)體器件有效電極數(shù)��2-二極管�3-三極�
  第二部分:用漢語拼音字母表示半導(dǎo)體器件的材料和極�。表示二極管時:A-N型鍺材料、B-P型鍺材料、C-N型硅材料、D-P型硅材料。表示三極管時: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:用漢語拼音字母表示半導(dǎo)體器件的類型。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-開關(guān)�、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-雪崩管、J-階躍恢復(fù)�、CS-場效�(yīng)�、BT-半導(dǎo)體特殊器�、FH-�(fù)合管、PIN-PIN型管、JG-激光器��
  第四部分:用�(shù)字表示序�
  第五部分:用漢語拼音字母表示�(guī)格號
  例如�3DG18表示NPN型硅材料高頻三極�
  日本半導(dǎo)體分立器件型號命名方�
  日本生產(chǎn)的半�(dǎo)體分立器�,由五至七部分組�。通常只用到前五個部分,其各部分的符號意義如下:
  部分:用�(shù)字表示器件有效電極數(shù)目或類型�0-光電(即光敏)二極管三極管及上述器件的組合管�1-二極��2三極或具有兩個pn�(jié)的其他器件�3-具有四個有效電極或具有三個pn�(jié)的其他器�、┄┄依此類��
  第二部分:日本電子工�(yè)�(xié)會JEIA注冊標志。S-表示已在日本電子工業(yè)�(xié)會JEIA注冊登記的半�(dǎo)體分立器件�
  第三部分:用字母表示器件使用材料極性和類型。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�、J-P溝道場效�(yīng)�、K-N溝道場效�(yīng)管、M-雙向可控��
  第四部分:用�(shù)字表示在日本電子工業(yè)�(xié)會JEIA登記的順序號。兩位以上的整數(shù)-從�11”開�,表示在日本電子工業(yè)�(xié)會JEIA登記的順序號;不同公司的性能相同的器件可以使用同一順序�;數(shù)字越�,越是產(chǎn)品�
  第五部分:用字母表示同一型號的改進型�(chǎn)品標�。A、B、C、D、E、F表示這一器件是原型號�(chǎn)品的改進產(chǎn)品�
  美國半導(dǎo)體分立器件型號命名方�
  美國晶體管或其他半導(dǎo)體器件的命名法較混亂。美國電子工�(yè)�(xié)會半�(dǎo)體分立器件命名方法如下:
  部分:用符號表示器件用途的類型。JAN-軍級、JANTX-特軍�、JANTXV-超特軍級、JANS-宇航�、(無)-非軍用品�
  第二部分:用�(shù)字表示pn�(jié)�(shù)��1-二極��2=三極��3-三個pn�(jié)器件、n-n個pn�(jié)器件�
  第三部分:美國電子工�(yè)�(xié)會(EIA)注冊標志。N-該器件已在美國電子工�(yè)�(xié)會(EIA)注冊登��
  第四部分:美國電子工�(yè)�(xié)會登記順序號。多位數(shù)�-該器件在美國電子工業(yè)�(xié)會登記的順序號�
  第五部分:用字母表示器件分檔。A、B、C、D、┄�-同一型號器件的不同檔�。如:JAN2N3251A表示PNP硅高頻小功率開關(guān)三極�,JAN-軍級�2-三極�、N-EIA注冊標志�3251-EIA登記順序�、A-2N3251A檔�
  國際電子�(lián)合會半導(dǎo)體器件型號命名方�
  德國、法國、意大利、荷�、比利時等歐洲國家以及匈牙利、羅馬尼�、南斯拉�、波蘭等東歐國家,大都采用國際電子聯(lián)合會半導(dǎo)體分立器件型號命名方�。這種命名方法由四個基本部分組成,各部分的符號及意義如下:
  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型及主要特征。A-檢波開關(guān)混頻二極�、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-開放磁路中的霍爾元件、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)光器件、R-小功率晶閘管、S-小功率開�(guān)�、T-大功率晶閘管、U-大功率開�(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。三位數(shù)�-代表通用半導(dǎo)體器件的登記序號、一個字母加二位�(shù)�-表示專用半導(dǎo)體器件的登記序號�
  第四部分:用字母對同一類型號器件進行分檔。A、B、C、D、E┄┄-表示同一型號的器件按某一參數(shù)進行分檔的標��
  除四個基本部分外,有時還加后�,以區(qū)別特性或進一步分�。常見后綴如下:
  1、穩(wěn)壓二極管型號的后�。其后綴的部分是一個字�,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)�,表示標稱穩(wěn)定電壓的整數(shù)�(shù)值;后綴的第三部分是字母V,代表小�(shù)點,字母V之后的數(shù)字為�(wěn)壓管標稱�(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�,單位是伏特�
  3、晶閘管型號的后綴也是數(shù)字,通常標出反向峰值耐壓值和反向�(guān)斷電壓中�(shù)值較小的那個電壓��
  如:BDX51-表示NPN硅低頻大功率三極管,AF239S-表示PNP鍺高頻小功率三極��

集成電路

  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�,稱為集成電�。一塊硅芯片上集成的元件�(shù)小于 100個的稱為小規(guī)模集成電�,從 100個元件到1000 個元件的稱為中規(guī)模集成電�,從1000 個元件到100000 個元件的稱為大規(guī)模集成電��100000 個元件以上的稱為超大�(guī)模集成電�。集成電路是當前�(fā)展計算機所必需的基�(chǔ)電子器件。許多工�(yè)先進國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長。每個芯片上集成256千位的MOS隨機存儲器已研制成功,正在向1兆位 MOS隨機存儲器探��

光電器件

  光電探測�
  光電探測器的功能是把微弱的光信號�(zhuǎn)換成電信�,然后經(jīng)過放大器將電信號放大,從而達到檢測光信號的目�。光敏電阻是最早發(fā)展的一種光電探測器。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測元件。十分微弱的光信�,可以用雪崩光電二極管來探測。它是把一個PN�(jié)偏置在接近雪崩的偏壓�,微弱光信號所激�(fā)的少量載流子通過接近雪崩的強場區(qū),由于碰撞電離而數(shù)量倍增,因而得到一個較大的電信�。除了光電探測器外,還有與它類似的用半導(dǎo)體制成的粒子探測��
  半導(dǎo)體發(fā)光二極管
  半導(dǎo)體發(fā)光二極管的結(jié)�(gòu)是一個PN�(jié),它正向通電流時,注入的少數(shù)載流子靠�(fù)合而發(fā)�。它可以�(fā)出綠�、黃�、紅光和紅外線等。所用的材料� GaP、GaAs、GaAs1-xPx、Ga1-xAlxAs、In1-xGaxAs1-yPy等�
  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)處在一個光學諧振腔�(nèi),則可以得到激光輸出。這種器件稱為半導(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)點在于它可以使注入的少數(shù)載流子被限制在很薄的一層有源區(qū)�(nèi)�(fù)合發(fā)�,同時由雙異�(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�,可以在室溫下連續(xù)工作�
  光電�
  當光線投射到一個PN�(jié)上時,由光激�(fā)的電子空穴對受到PN�(jié)附近的內(nèi)在電場的作用而向相反方向分離,因此在PN�(jié)兩端�(chǎn)生一個電動勢,這就成為一個光電池。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。國際上都在尋找成本低的日光電池,用的材料有多晶硅和無定形硅等�
  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�、壓敏元件、氣敏晶體管和表面波器件��

未來�(fā)�

  今年是摩爾法�(Moore’slaw)問世50周年,這一法則的誕生是半導(dǎo)體技�(shù)�(fā)展史上的一個里程碑�
  �50年里,摩爾法則成為了信息技�(shù)�(fā)展的指路明燈。計算機從神秘不可近的龐然大物變成多�(shù)人都不可或缺的工具,信息技�(shù)由實驗室進入無數(shù)個普通家�,因特網(wǎng)將全世界�(lián)系起來,多媒體視聽設(shè)備豐富著每個人的生�。這一法則決定了信息技�(shù)的變化在加速,�(chǎn)品的變化也越來越�。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�
  這一切背后的動力都是半導(dǎo)體芯�。如果按照舊有方式將晶體管、電阻和電容分別安裝在電路板�,那么不僅個人電腦和移動通信不會出現(xiàn),連基因組研究、計算機輔助�(shè)計和制造等新科技更不可能問世。有�(guān)專家指出,摩爾法則已不僅僅是針對芯片技�(shù)的法�;不久的將�,它有可能擴展到無線技�(shù)、光學技�(shù)、傳感器技�(shù)等領(lǐng)域,成為人們在未知�(lǐng)域探索和�(chuàng)新的指導(dǎo)思想�
  毫無疑問,摩爾法則對整個世界意義深�。不�,隨著晶體管電路逐漸接近性能極限,這一法則將會走到盡頭。摩爾法則何時失�?專家們對此眾說紛紜。早�1995年在芝加哥舉行信息技�(shù)國際研討會上,美國科學家和工程師杰克·基爾比表��5納米處理器的出現(xiàn)�?qū)⒔K�(jié)摩爾法則。中國科學家和未來學家周海中在此次研討會上預(yù)言,由于納米技�(shù)的快速發(fā)��30年后摩爾法則很可能就會失效�2012�,日裔美籍理論物理學家加來道雄在接受智囊�(wǎng)站采訪時稱,“在10年左右的時間�(nèi),我們將看到摩爾法則崩潰?!鼻安痪茫柋救苏J為這一法則�2020年的時候就會黯然失�。一些專家指�,即使摩爾法則壽終正�,信息技�(shù)前進的步伐也不會變��

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