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基本简介
半导体
顾名思义:常温下导电性能介于导体(conductor)与绝缘体(insulator)之间的材料,叫做半导体(semiconductor)。
物质存在的形式多种多样,固体、液体、气体、等离子体等等。我们通常把导电性和导电导热性差或不好的材料,如金刚石、人工晶体、琥珀、陶瓷等等,称为绝缘体。而把导电、导热都比较好的金属如金、银、铜、铁、锡、铝等称为导体。可以简单的把介于导体和绝缘体之间的材料称为半导体。与导体和绝缘体相比,半导体材料的发现是最晚的,直到20世纪30年代,当材料的提纯技术改进以后,半导体的存在才真正被学术界认可。
半导体的分类,按照其制造技术可以分为:集成电路器件,分立器件、光电半导体、逻辑IC、模拟IC、储存器等大类,一般来说这些还会被分成小类。此外还有以应用领域、设计方法等进行分类,虽然不常用,单还是按照IC、LSI、VLSI(超大LSI)及其规模进行分类的方法。此外,还有按照其所处理的信号,可以分成模拟、数字、模拟数字混成及功能进行分类的方法。
基本定义
电阻率介于金属和绝缘体之间并有负的电阻温度系数的物质。
半导体室温时电阻率约在10E-5~10E7欧·米之间,温度升高时电阻率指数则减小。
半导体材料很多,按化学成分可分为元素半导体和化合物半导体两大类。
锗和硅是最常用的元素半导体;化合物半导体包括Ⅲ-Ⅴ族化合物(砷化镓、磷化镓等)、Ⅱ-Ⅵ族化合物(硫化镉、硫化锌等)、氧化物(锰、铬、铁、铜的氧化物),以及由Ⅲ-Ⅴ族化合物和Ⅱ-Ⅵ族化合物组成的固溶体(镓铝砷、镓砷磷等)。除上述晶态半导体外,还有非晶态的玻璃半导体、有机半导体等。
半导体(东北方言):意指半导体收音机,因收音机中的晶体管由半导体材料制成而得名。
本征半导体
不含杂质且无晶格缺陷的半导体称为本征半导体。在极低温度下,半导体的价带是满带(见能带理论),受到热激发后,价带中的部分电子会越过禁带进入能量较高的空带,空带中存在电子后成为导带,价带中缺少一个电子后形成一个带正电的空位,称为空穴。导带中的电子和价带中的空穴合称电子-空穴对,均能自由移动,即载流子,它们在外电场作用下产生定向运动而形成宏观电流,分别称为电子导电和空穴导电。这种由于电子-空穴对的产生而形成的混合型导电称为本征导电。导带中的电子会落入空穴,电子-空穴对消失,称为复合。复合时释放出的能量变成电磁辐射(发光)或晶格的热振动能量(发热)。在一定温度下,电子-空穴对的产生和复合同时存在并达到动态平衡,此时半导体具有一定的载流子密度,从而具有一定的电阻率。温度升高时,将产生更多的电子-空穴对,载流子密度增加,电阻率减小。无晶格缺陷的纯净半导体的电阻率较大,实际应用不多。
分立功率器件按照功率的大小划分为大功率半导体器件和中小功率半导体器件。具体来说,大功率晶闸管专指承受电流值在200A以上的晶闸管产品;大功率模块则指承受电流25A以上的模块产品;大功率IGBT、MOSFET指电流超过50A以上的IGBT、MOSFET产品。
1956年美国贝尔实验室(BellLab)发明了晶闸管,国际上,70年代各种类型的晶闸管有了很大发展,80年代开始加快发展大功率模块,同时各种大功率半导体器件在欧美日有很大的发展,90年代IGBT等全控型器件研制成功并开始得到应用。
在国内,60年代晶闸管研究开始起步,70年代研制出大功率的晶闸管,80年代以来,大功率晶闸管在中国得到很大发展,同时开始研制模块;本世纪以来,开始少量引进超大功率晶闸管(含光控晶闸管)技术;近年来国家正在逐步引进IGBT、MOSFET技术。中国宏观经济的不断成长,带动了大功率半导体器件技术的发展和应用的不断深入。
晶闸管、模块、IGBT的发明和发展顺应了电力电子技术发展的不同需要,是功率半导体发展历程中不同时段的重要标志产品,他们的应用领域、应用场合大部分不相同,小部分有交叉。在技术不断发展和工艺逐步改善的双重推动下,[1]大功率半导体器件将向着高电压、大电流、高频化、模块化、智能化的方向发展。在10Khz以下、大功率、高电压的场合,大功率晶闸管和模块具有很强的抗冲击能力及高可靠性而占据优势,同时又因成本较低、应用简单而易于普及。在10Khz以上、中低功率场合,IGBT、MOSFET以其全控性、适用频率高而占据优势。
1.芯片,又称微电路(microcircuit)、微芯片(microchip)、集成电路(英语:integrated
circuit,
IC)。是指内含集成电路的硅片,体积很小,常常是计算机或其他电子设备的一部分。
芯片(chip)就是半导体元件产品的统称。是集成电路(IC,
integrated
circuit)的载体,由晶圆分割而成。
硅片是一块很小的硅,内含集成电路,它是计算机或者其他电子设备的一部分。
2.半导体(
semiconductor),指常温下导电性能介于导体(conductor)与绝缘体(insulator)之间的材料。半导体在收音机、电视机以及测温上有着广泛的应用。如二极管就是采用半导体制作的器件。半导体是指一种导电性可受控制,范围可从绝缘体至导体之间的材料。无论从科技或是经济发展的角度来看,半导体的重要性都是非常巨大的。今日大部分的电子产品,如计算机、移动电话或是数字录音机当中的核心单元都和半导体有着极为密切的关连。常见的半导体材料有硅、锗、砷化镓等,而硅更是各种半导体材料中,在商业应用上最具有影响力的一种。
物质存在的形式多种多样,固体、液体、气体、等离子体等。我们通常把导电性差的材料,如煤、人工晶体、琥珀、陶瓷等称为绝缘体。而把导电性比较好的金属如金、银、铜、铁、锡、铝等称为导体。可以简单的把介于导体和绝缘体之间的材料称为半导体。
3.集成电路(integrated
circuit)是一种微型电子器件或部件。采用一定的工艺,把一个电路中所需的晶体管、电阻、电容和电感等元件及布线互连一起,制作在一小块或几小块半导体晶片或介质基片上,然后封装在一个管壳内,成为具有所需电路功能的微型结构;其中所有元件在结构上已组成一个整体,使电子元件向着微小型化、低功耗、智能化和高可靠性方面迈进了一大步。它在电路中用字母“IC”表示。集成电路发明者为杰克·基尔比(基于锗(Ge)的集成电路)和罗伯特·诺伊思(基于硅(Si)的集成电路)。当今半导体工业大多数应用的是基于硅的集成电路。
是20世纪50年代后期一60年代发展起来的一种新型半导体器件。它是经过氧化、光刻、扩散、外延、蒸铝等半导体制造工艺,把构成具有一定功能的电路所需的半导体、电阻、电容等元件及它们之间的连接导线全部集成在一小块硅片上,然后焊接封装在一个管壳内的电子器件。其封装外壳有圆壳式、扁平式或双列直插式等多种形式。集成电路技术包括芯片制造技术与设计技术,主要体现在加工设备,加工工艺,封装测试,批量生产及设计创新的能力上。
集成电路(integratedcircuit)是一种微型电子器件或部件。采用一定的工艺,把一个电路中所需的晶体管、二极管、电阻、电容和电感等元件及布线互连一起,制作在一小块或几小块半导体晶片或介质基片上,然后封装在一个管壳内,成为具有所需电路功能的微型结构;其中所有元件在结构上已组成一个整体,使电子元件向着微小型化、低功耗和高可靠性方面迈进了一大步
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