第三講-電子元器件基本知識1

1883年，愛迪生為延長白熾燈的壽命，無意中發(fā)覺了熱電子放射現(xiàn)象—愛迪生效應(yīng)。（1903年，英國理查遜證明白電子的存在，1928年獲諾貝爾獎。）1904年，英國弗來明，獨(dú)創(chuàng)真空二極管。1906美德福雷斯特，在二極管陰、陽極之間加入一個柵極，當(dāng)柵極電壓有微小變更時，引起陽極較大的變更。“以小控大”，就是放大。結(jié)構(gòu)為圓筒狀。作用如“閘門”。

電子管獨(dú)創(chuàng)初期，因真空度不夠高，壽命短。后來（1910）德國的哥德獨(dú)創(chuàng)了抽高真空的分子泵，提高了真空度。從三極管發(fā)展到四、五、六、七、八極管。從單一管到一、電子管（真空管）

愛迪生效應(yīng)弗萊明與真空二極管這項獨(dú)創(chuàng)稱為“閥”真空二極管（實物）管內(nèi)存在淡薄的空氣，工作時發(fā)出藍(lán)色輝光。德福雷斯特德福雷斯特與肖克萊真空三極管

真空三極管應(yīng)用

第一代電子計算機(jī)二、半導(dǎo)體晶體管

1835年，麥克思發(fā)覺“不對稱導(dǎo)電現(xiàn)象”。1874年，布拉溫，硫化物有單向?qū)щ姮F(xiàn)象。1880年，硒整流器。硒（Se）也是半導(dǎo)體。后來發(fā)覺更多自然或人制礦物有單向?qū)щ娦浴?906年前后，輝鉛礦或金剛砂；晶體加金屬絲成二極管，用作檢波，礦石收音機(jī)1940年，人工純鍺、硅晶體出現(xiàn)，晶體二極管應(yīng)用。半導(dǎo)體的三個物理效應(yīng)，光電導(dǎo)效應(yīng)、光生伏打效應(yīng)、整流效應(yīng)1873年，英國物理學(xué)家施密斯發(fā)覺晶體硒在光照射下電阻變小的半導(dǎo)體光電現(xiàn)象；1877年英國物理學(xué)家亞當(dāng)斯(W.G.Adams)發(fā)覺晶體硒和金屬接觸在光照射下產(chǎn)生電動勢的半導(dǎo)體光生伏打效應(yīng)，1906年美國物理學(xué)家皮爾士等人發(fā)覺金屬與硅晶體接觸能有整流作用的半導(dǎo)體整流效應(yīng)。

半導(dǎo)體的導(dǎo)電特性：熱敏性光敏性摻雜性N型半導(dǎo)體和P型半導(dǎo)體:摻入五價元素P:自由電子數(shù)目大量增加，自由電子導(dǎo)電成為主要導(dǎo)電方式，稱為N型半導(dǎo)體摻入三價元素B:空穴數(shù)目大量增加，空穴導(dǎo)電成為這種半導(dǎo)體的主要導(dǎo)電方式，稱為空穴半導(dǎo)體或P型半導(dǎo)體。巴丁、肖克萊、布拉頓1945年起先，貝爾試驗室，攻關(guān)小組。肖克萊（組長）、巴丁、布拉頓。1947.12.23發(fā)覺三極管放大作用。1948年專利，1956年諾貝爾獎巴丁、肖克萊、布拉頓沃爾特·布拉頓也是美國人，1902年2月10日誕生在中國南方美麗的城市廈門，當(dāng)時他父親受聘在中國任教。布拉頓是試驗專家，1929年獲得明尼蘇達(dá)高校的博士學(xué)位后，第一個晶體管

Ge活動探針50μm固定探針BEC——探討并未終止，1949年，肖克萊又提出了p-n結(jié)理論（關(guān)于晶體中由于摻入雜質(zhì)的不同所形成的p型區(qū)和n型區(qū)的理論），并在其次年使之變?yōu)楝F(xiàn)實，研制出了結(jié)型晶體三極管。結(jié)型晶體管在很多方面優(yōu)于點(diǎn)接觸晶體管，很快就得到了廣1959獨(dú)創(chuàng)平面工藝。1959獨(dú)創(chuàng)平面工藝。美仙董公司，赫爾尼。晶體片表面進(jìn)行加工——集成電路工藝的前身。微小型化的過程。早期電極幾個mm，后縮至0.3~0.5mm，結(jié)面積0.07~0.2mm2。事實上PN結(jié)直徑只要幾十個μm。照相，制板，光刻，印刷工藝。1950年芯片2.5mm2/個，到1963年，同面積上可制作125個管。線寬20-30μm。1950’S電子管與晶體管競爭。電子管小型化，最小如鉛筆粗。60年頭晶體管全面取代電子管。（除微波、大功率場合）。二、三極管的應(yīng)用：

1．

二極管單向?qū)щ娦訮正N負(fù)：導(dǎo)通（開關(guān)通）；P負(fù)N正：截止（開關(guān)斷）（1）整流—低頻，檢波—高頻，開關(guān)作用（2）特殊二極管：穩(wěn)壓二極管：；發(fā)光二極管LED：光敏二極管：光照敏感，電阻變小，電流變大，有可見，紅外光敏；激光二極管：放射激光。PN陽極陰極整流前整流后i2．三極管（1）放大：IB小變更，引起IC大變更。以小控大。放大系數(shù)小信號放大：中頻、高頻、低頻信號放大；大位號放大：功率放大，音響輸出；（2）振蕩：產(chǎn)生各種頻率的正弦波信號，收音機(jī)、電視機(jī)的變頻。作信號源，測試儀器用。LC振蕩器，RC振蕩器。（3）開關(guān)作用三種工作狀態(tài)：放大截止—開關(guān)NNP基極發(fā)射極集電極BECBECIBIEIC

其次代電子計算機(jī)三．集成電路（IC）

1952年，英國的達(dá)默提出集成化設(shè)想1958年9月１２日，美德克薩斯儀器公司（TXAS）工程師杰克·基爾比（Jackkilby）獨(dú)創(chuàng)了集成電路，第一個IC是安置在鍺晶片上的電路—相移振蕩7/16ⅹ1/16英寸,它包含有１只晶體管、４只電阻器和３只電容器，全部元器件都做在一塊半導(dǎo)體鍺晶體片上，元器件之間的導(dǎo)線是黃金膜，整個電路大小相當(dāng)于半只曲別針。仙董公司（硅谷）的諾伊斯也試制硅晶片集成電路，接受平面工藝。2000年，基爾比退體多年后，獲諾貝爾獎IC的第一個商品是助聽器，1963年12月。1958年德州儀器(TI)公司的JackKilby獨(dú)創(chuàng)了第一個集成電路，但那僅是一個用獨(dú)立晶體管精密焊接而成卻無法量產(chǎn)的集成電路理論模型。1959年，當(dāng)時身在仙童公司的BobNoyce獨(dú)創(chuàng)了第一個真正意義上的平面集成電路，并于1961年實現(xiàn)量產(chǎn)。

杰克·基爾比（Jackkilby）

杰克·基爾比的IC

第一個基于鍺的IC

諾伊斯獨(dú)創(chuàng)的基于硅的ICIntel創(chuàng)始人諾伊思（中）、摩爾（右）

第一臺集成電路電子計算機(jī)IBM360四大規(guī)模，超大規(guī)模集成電路

1960年頭平面工藝。1970年，通用微電子與通用儀器公司，開發(fā)MOS集成電路。（MOS—金屬，氧化物，半導(dǎo)體。）集成度高，低功耗，制作簡潔，成為IC發(fā)展方向。1965年摩爾（GordonMoore）總結(jié)出“摩爾定律”，每18個月集成度提高一倍.1971年11月，第一個微處理器（CPU）Intel4004，含3300個晶體管，1990年。奔騰ⅢCPU，含14萬以上。半導(dǎo)體存儲器的進(jìn)展：1965，施密特，MOS、ROM、存儲器1963 INTEL公司，256位1970，1K位1986，1M位，（1.2μm）1974，4K位，（10μm）1989，4M位，（0.8μm）1976，16K位，（5μm）1998，256M位，（0.25μm）1979，64K位，（3μm）2001，1G位（1000M）1983，256K位，（1.5μm）201064G（理論極限256G）摩爾（GordonMoore）Intel4004CPU上:1970年1Kb

下:2002年1Gb1962年12個元件的集成塊**1965年初近100個元件的集成塊（SSI小規(guī)模集成電路）**1965年底100-1000個（MSI中規(guī)模集成電路）；**1971年1000-10萬個（LSI大規(guī)模集成電路）**1978年10萬-100萬個/30mm2（VSLI超大