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  • 半导体器件

    2008-08-21 16:38:54
    半导体器件,有从事半导体,微电子方向的同志可以下下
  • 半导体器件物理基础半导体器件物理基础半导体器件物理基础半导体器件物理基础半导体器件物理基础半导体器件物理基础半导体器件物理基础
  • 常用半导体器件

    2014-06-06 13:59:40
    常用半导体器件 常用半导体器件 常 用半导体器件
  • 这是一款以生产质量为核心的半导体基础知识和半导体器件工艺,安全生产、质量生产成为了半导体基础知识和...该文档为半导体基础知识和半导体器件工艺,是一份很不错的参考资料,具有较高参考价值,感兴趣的可以下载...
  • 半导体器件寿命测试

    2021-02-03 14:07:23
    半导体器件寿命测试、电子技术,开发板制作交流
  • 英国半导体器件研究进展
  • 简单地说,电力电子装置是一个采用功率半导体器件的高效的能量变换工具。电力变流器的基本原理同时,考虑到现代电力电子变流器的运行原理,制造电力电子设备需要三种类型的元器件:1) 有源器件,即功率半导体器件,...

    IEEE电力电子技术协会把电力电子技术的领域定义为:“这个技术涵盖了电子元器件的有效使用,电路理论的应用和设计技术,以及分析工具的发展,其对象是电能的高效电子转换、控制和调节”。简单地说,电力电子装置是一个采用功率半导体器件的高效的能量变换工具。

    电力变流器的基本原理

    同时,考虑到现代电力电子变流器的运行原理,制造电力电子设备需要三种类型的元器件:

    1) 有源器件,即功率半导体器件,它能开通和关断变流器中的能留。这种器件工作在关断状态(正向阻断或反向阻断)或是工作在开通状态(导通)。

    2) 无源器件,即变压器、电感器和电容器,他们在变流器装置中暂时储存能量。根据其工作频率、电压、冷却方式和集成的水平,来选用不同的磁性材料、电介质和绝缘材料。对于给定的额定功率,变流器较高的工作(开关)频率就能用 较小的无源元件。

    3) 控制单元,即模拟和数字电子设备,信号变换器、处理器和传感器,用它 们控制变流器中的能量流,使内部变量(电压、电流)跟随计算的参考信号而变动,这个信号按照外部的指令保证变流器所需的性能(这个指令是通过数字通信链路获得的)。今天大多数控制单元也给出状态信息和装置电平的诊断功能。

    作为电力电子变流器应该高效地变换电能(效率大约为95%),功率器件不能选择线性工作状态。更确切地说,器件是以开关方式工作的。因此,在电源领域里做一个区分,电力变流器被称为“开关型电源”。它是用来控制和变换流过变流器的电能的,所有电力变流器背后的基本构思是把连续的能量流切割成能量小包,处理这些小包,并输送能量,在输出端使之又重新成为另一种连续的能流。

    使用和选择功率半导体

    典型的设计规范是低价格、高效率,或高功率密度(低重量,小尺寸)。最终,热学方面的考虑,也就是器件损耗、冷却和最高工作温度决定了变流器设计的物理极限。

    通常,设计的结果很大程度上取决于下列选择:

    1)器件类型(单极型、双极型晶体管,晶闸管)和额定值(电压和电流的容限,频率范围);

    2)开关频率;

    3)变流器的设计(最小的寄生漏电感、电容和趋肤效应);

    4)拓扑(两电平、多电平、硬开关或软开关);

    5)控制极(门极、基极、栅极)控制(开关换向速率);

    6)控制(开关功能,最小的滤波器,电磁干扰);

    7)损耗及冷却系统。

    器件开关功率(最高阻断电压和重复关断电流的乘积)和它的最高开关频率在许多应用领域中是首选功率半导体时的重要判据。其次是理论应用极限,硅器件的实际应用范围也受制于冷却限制和经济因素。下图给出了现行最重要的几种功率半导体器件的结构。

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    功率半导体的应用

    可以断定,电力电子技术和功率半导体的领域仍在快速扩展。不久的将来,这种扩展不仅是通过铜、绝缘材料或者磁性材料的改良,而且也要通过半导体材料的更新换代,因为绝大多数应用需要能量变换,或是在这些能量变换过程中需要提高效率。

    变流器可以在很宽的功率范围内应用,额定值从几毫瓦到几千兆瓦,实际应用中可以根据所需功率半导体器件的电压和电流额定值,来选用不同的功率半导体器件。

    其主要应用如下:

    l 低功率端,主要用于电池充电器,如便携式通信装置和电动工具、用于电子系统等;

    l 照明系统中的电子整流器。

    l 从几十伏到100MV的汽车应用领域,MOSFET是比较常见的。IGBT则常见用于电网供电的传动中;中等电压的传动则使用晶体管和门极关断晶闸管型的器件。

    l 可用于发电机系统,超长距离高压直流输电等等

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    功率半导体器件作为电力电子技术的心脏,它能做到高效率的能量转换。因此,对于任何希望对世界可持续发展做出贡献的电气工程师,深入理解功率半导体是必需的。

    注:本文为《功率半导体器件 原理、特性和可靠性》的读书笔记

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  • 半导体器件是导电性介于良导电体与绝缘体之间,利用半导体材料特殊电特性来完成特定功能的电子器件,可用来产生、控制、接收、变换、放大信 号和进行能量转换。半导体器件的半导体材料是硅、锗或砷化镓,可用作整流...

    半导体器件是导电性介于良导电体与绝缘体之间,利用半导体材料特殊电特性来完成特定功能的电子器件,可用来产生、控制、接收、变换、放大信 号和进行能量转换。

    半导体器件的半导体材料是硅、锗或砷化镓,可用作整流器、振荡器、发光器、放大器、测光器等器材。为了与集成电路相区别,有时也称为分立器件。绝大部分二端器件(即晶体二极管)的基本结构是一个PN结。

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    半导体器件(semiconductor device)通常利用不同的半导体材料、采用不同的工艺和几何结构,已研制出种类繁多、功能用途各异的多种晶体二极,晶体二极管的频率覆盖范围可从低频、高频、微波、毫米波、红外直至光波。三端器件一 般是有源器件,典型代表是各种晶体管(又称晶体三极管)。晶体管又可以分为双极型晶体管和场效应晶体管两 类。根据用途的不同,晶体管可分为功率晶体管微波晶体管和低噪声晶体管。除了作为放大、振荡、开关用的 一般晶体管外,还有一些特殊用途的晶体管,如光晶体管、磁敏晶体管,场效应传感器等。这些器件既能把一些 环境因素的信息转换为电信号,又有一般晶体管的放大作用得到较大的输出信号。

    此外,还有一些特殊器件,如单结晶体管可用于产生锯齿波,可控硅可用于各种大电流的控制电路,电荷耦合器件可用作摄橡器件或信息存 储器件等。在通信和雷达等军事装备中,主要靠高灵敏度、低噪声的半导体接收器件接收微弱信号。随着微波 通信技术的迅速发展,微波半导件低噪声器件发展很快,工作频率不断提高,而噪声系数不断下降。微波半导体 器件由于性能优异、体积小、重量轻和功耗低等特性,在防空反导、电子战等系统中已得到广泛的应用 。

    分类

    晶体二极管

    晶体二极管的基本结构是由一块 P型半导体和一块N型半导体结合在一起形成一个 PN结。在PN结的交界面处,由于P型半导体中的空穴和N型半导体中的电子要相互向对方扩散而形成一个具有空间电荷的偶极层。这偶极层阻止了空穴和电子的继续扩散而使PN结达到平衡状态。当PN结的P端(P型半导体那边)接电源的正极而另一端接负极时,空穴和电子都向偶极层流动而使偶极层变薄,电流很快上升。如果把电源的方向反过来接,则空穴和电子都背离偶极层流动而使偶极层变厚,同时电流被限制在一个很小的饱和值内(称反向饱和电流)。因此,PN结具有单向导电性。

    此外,PN结的偶极层还起一个电容的作用,这电容随着外加电压的变化而变化。在偶极层内部电场很强。当外加反向电压达到一定阈值时,偶极层内部会发生雪崩击穿而使电流突然增加几个数量级。利用PN结的这些特性在各种应用领域内制成的二极管有:整流二极管、检波二极管、变频二极管、变容二极管、开关二极管、稳压二极管(曾讷二极管)、崩越二极管(碰撞雪崩渡越二极管)和俘越二极管(俘获等离子体雪崩渡越时间二极管)等。此外,还有利用PN结特殊效应的隧道二极管,以及没有PN结的肖脱基二极管和耿氏二极管等。

    双极型晶体管

    它是由两个PN结构成,其中一个PN结称为发射结,另一个称为集电结。两个结之间的一薄层半导体材料称为基区。接在发射结一端和集电结一端的两个电极分别称为发射极和集电极。接在基区上的电极称为基极。在应用时,发射结处于正向偏置,集电极处于反向偏置。通过发射结的电流使大量的少数载流子注入到基区里,这些少数载流子靠扩散迁移到集电结而形成集电极电流,只有极少量的少数载流子在基区内复合而形成基极电流。集电极电流与基极电流之比称为共发射极电流放大系数。在共发射极电路中,微小的基极电流变化可以控制很大的集电极电流变化,这就是双极型晶体管的电流放大效应。双极型晶体管可分为NPN型和PNP型两类。

    场效应晶体管

    它依靠一块薄层半导体受横向电场影响而改变其电阻(简称场效应),使具有放大信号的功能。这薄层半导体的两端接两个电极称为源和漏。控制横向电场的电极称为栅。

    根据栅的结构,场效应晶体管可以分为三种:

    ①结型场效应管(用PN结构成栅极);

    ②MOS场效应管(用金属-氧化物-半导体构成栅极,见金属-绝缘体-半导体系统);

    ③MES场效应管(用金属与半导体接触构成栅极);其中MOS场效应管使用最广泛。尤其在大规模集成电路的发展中,MOS大规模集成电路具有特殊的优越性。MES场效应管一般用在GaAs微波晶体管上。

    在MOS器件的基础上,又发展出一种电荷耦合器件 (CCD),它是以半导体表面附近存储的电荷作为信息,控制表面附近的势阱使电荷在表面附近向某一方向转移。这种器件通常可以用作延迟线和存储器等;配上光电二极管列阵,可用作摄像管。

    命名方法

    中国半导体器件型号命名方法

    半导体器件型号由五部分(场效应器件、半导体特殊器件、复合管、PIN型管、激光器件的型号命名只有第三、四、五部分)组成。五个部分意义如下:

    第一部分:用数字表示半导体器件有效电极数目。2-二极管、3-三极管

    第二部分:用汉语拼音字母表示半导体器件的材料和极性。表示二极管时:A-N型锗材料、B-P型锗材料、C-N型硅材料、D-P型硅材料。表示三极管时:A-PNP型锗材料、B-NPN型锗材料、C-PNP型硅材料、D-NPN型硅材料。

    第三部分:用汉语拼音字母表示半导体器件的类型。P-普通管、V-微波管、W-稳压管、C-参量管、Z-整流管、L-整流堆、S-隧道管、N-阻尼管、U-光电器件、K-开关管、X-低频小功率管(F<3MHz,Pc3MHz,Pc<1W)、D-低频大功率管(f1W)、A-高频大功率管(f>3MHz,Pc>1W)、T-半导体晶闸管(可控整流器)、Y-体效应器件、B-雪崩管、J-阶跃恢复管、CS-场效应管、BT-半导体特殊器件、FH-复合管、PIN-PIN型管、JG-激光器件。

    第四部分:用数字表示序号

    第五部分:用汉语拼音字母表示规格号

    例如:3DG18表示NPN型硅材料高频三极管

    日本半导体分立器件型号命名方法

    日本生产的半导体分立器件,由五至七部分组成。通常只用到前五个部分,其各部分的符号意义如下:

    第一部分:用数字表示器件有效电极数目或类型。0-光电(即光敏)二极管三极管及上述器件的组合管、1-二极管、2三极或具有两个pn结的其他器件、3-具有四个有效电极或具有三个pn结的其他器件、┄┄依此类推。

    第二部分:日本电子工业协会JEIA注册标志。S-表示已在日本电子工业协会JEIA注册登记的半导体分立器件。

    第三部分:用字母表示器件使用材料极性和类型。A-PNP型高频管、B-PNP型低频管、C-NPN型高频管、D-NPN型低频管、F-P控制极可控硅、G-N控制极可控硅、H-N基极单结晶体管、J-P沟道场效应管、K-N 沟道场效应管、M-双向可控硅。

    第四部分:用数字表示在日本电子工业协会JEIA登记的顺序号。两位以上的整数-从“11”开始,表示在日本电子工业协会JEIA登记的顺序号;不同公司的性能相同的器件可以使用同一顺序号;数字越大,越是产品。

    第五部分: 用字母表示同一型号的改进型产品标志。A、B、C、D、E、F表示这一器件是原型号产品的改进产品。

    美国半导体分立器件型号命名方法

    美国晶体管或其他半导体器件的命名法较混乱。美国电子工业协会半导体分立器件命名方法如下:

    第一部分:用符号表示器件用途的类型。JAN-军级、JANTX-特军级、JANTXV-超特军级、JANS-宇航级、(无)-非军用品。

    第二部分:用数字表示pn结数目。1-二极管、2=三极管、3-三个pn结器件、n-n个pn结器件。

    第三部分:美国电子工业协会(EIA)注册标志。N-该器件已在美国电子工业协会(EIA)注册登记。

    第四部分:美国电子工业协会登记顺序号。多位数字-该器件在美国电子工业协会登记的顺序号。

    第五部分:用字母表示器件分档。A、B、C、D、┄┄-同一型号器件的不同档别。如:JAN2N3251A表示PNP硅高频小功率开关三极管,JAN-军级、2-三极管、N-EIA 注册标志、3251-EIA登记顺序号、A-2N3251A档。

    国际电子联合会半导体器件型号命名方法

    德国、法国、意大利、荷兰、比利时等欧洲国家以及匈牙利、罗马尼亚、南斯拉夫、波兰等东欧国家,大都采用国际电子联合会半导体分立器件型号命名方法。这种命名方法由四个基本部分组成,各部分的符号及意义如下:

    第一部分:用字母表示器件使用的材料。A-器件使用材料的禁带宽度Eg=0.6~1.0eV 如锗、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 如砷化镓、D-器件使用材料的Eg<0.6eV 如锑化铟、E-器件使用复合材料及光电池使用的材料

    第二部分:用字母表示器件的类型及主要特征。A-检波开关混频二极管、B-变容二极管、C-低频小功率三极管、D-低频大功率三极管、E-隧道二极管、F-高频小功率三极管、G-复合器件及其他器件、H-磁敏二极管、K-开放磁路中的霍尔元件、L-高频大功率三极管、M-封闭磁路中的霍尔元件、P-光敏器件、Q-发光器件、R-小功率晶闸管、S-小功率开关管、T-大功率晶闸管、U-大功率开关管、X-倍增二极管、Y-整流二极管、Z-稳压二极管。

    第三部分:用数字或字母加数字表示登记号。三位数字-代表通用半导体器件的登记序号、一个字母加二位数字-表示专用半导体器件的登记序号。

    第四部分:用字母对同一类型号器件进行分档。A、B、C、D、E┄┄-表示同一型号的器件按某一参数进行分档的标志。

    除四个基本部分外,有时还加后缀,以区别特性或进一步分类。常见后缀如下:

    1、稳压二极管型号的后缀。其后缀的第一部分是一个字母,表示稳定电压值的容许误差范围,字母A、B、C、D、E分别表示容许误差为±1%、±2%、±5%、±10%、±15%;其后缀第二部分是数字,表示标称稳定电压的整数数值;后缀的第三部分是字母V,代表小数点,字母V之后的数字为稳压管标称稳定电压的小数值。

    2、整流二极管后缀是数字,表示器件的最大反向峰值耐压值,单位是伏特。

    3、晶闸管型号的后缀也是数字,通常标出最大反向峰值耐压值和最大反向关断电压中数值较小的那个电压值。

    如:BDX51-表示NPN硅低频大功率三极管,AF239S-表示PNP锗高频小功率三极管。

    集成电路

    把晶体二极管、三极管以及电阻电容都制作在同一块硅芯片上,称为集成电路。一块硅芯片上集成的元件数小于 100个的称为小规模集成电路,从 100个元件到1000 个元件的称为中规模集成电路,从1000 个元件到100000 个元件的称为大规模集成电路,100000 个元件以上的称为超大规模集成电路。集成电路是当前发展计算机所必需的基础电子器件。许多工业先进国家都十分重视集成电路工业的发展。集成电路的集成度以每年增加一倍的速度在增长。每个芯片上集成256千位的MOS随机存储器已研制成功,正在向1兆位 MOS随机存储器探索。

    光电器件

    光电探测器

    光电探测器的功能是把微弱的光信号转换成电信号,然后经过放大器将电信号放大,从而达到检测光信号的目的。光敏电阻是最早发展的一种光电探测器。它利用了半导体受光照后电阻变小的效应。此外,光电二极管、光电池都可以用作光电探测元件。十分微弱的光信号,可以用雪崩光电二极管来探测。它是把一个PN结偏置在接近雪崩的偏压下,微弱光信号所激发的少量载流子通过接近雪崩的强场区,由于碰撞电离而数量倍增,因而得到一个较大的电信号。除了光电探测器外,还有与它类似的用半导体制成的粒子探测器。

    半导体发光二极管

    半导体发光二极管的结构是一个PN结,它正向通电流时,注入的少数载流子靠复合而发光。它可以发出绿光、黄光、红光和红外线等。所用的材料有 GaP、GaAs、GaAs1-xPx、Ga1-xAlxAs、In1-xGaxAs1-yPy等。

    半导体激光器

    如果使高效率的半导体发光管的发光区处在一个光学谐振腔内,则可以得到激光输出。这种器件称为半导体激光器或注入式激光器。最早的半导体激光器所用的PN结是同质结,以后采用双异质结结构。双异质结激光器的优点在于它可以使注入的少数载流子被限制在很薄的一层有源区内复合发光,同时由双异质结结构组成的光导管又可以使产生的光子也被限制在这层有源区内。因此双异质结激光器有较低的阈值电流密度,可以在室温下连续工作。

    光电池

    当光线投射到一个PN结上时,由光激发的电子空穴对受到PN结附近的内在电场的作用而向相反方向分离,因此在PN结两端产生一个电动势,这就成为一个光电池。把日光转换成电能的日光电池很受人们重视。最先应用的日光电池都是用硅单晶制造的,成本太高,不能大量推广使用。国际上都在寻找成本低的日光电池,用的材料有多晶硅和无定形硅等。

    其它

    利用半导体的其他特性做成的器件还有热敏电阻、霍耳器件、压敏元件、气敏晶体管和表面波器件等。

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