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  • 半导体

    2020-12-09 08:49:30
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    * * * Semiconductor Devices (2)GaAs MESFET结构 由于GaAs材料与Si材料相比,有以下几个优点:一是电子迁移率约高五倍;二是约两倍于Si饱和速度的峰值速度;三是衬底的半绝缘性以及可制作良好的肖特基结等。所以,长期以来GaAs MESFET在高频高速器件中占据着重要地位。 (3)JFET 因为PN结的自建势高于肖特基结,PN结的热稳定性也优于肖特基结。因而JFET的逻辑摆幅大于MESFET,且抗噪声能力强。所以,GaAs JFET可用于高速低功耗电路中。 * * Semiconductor Devices (4)V型槽JFET V型槽JFET是一种非平面结构的场效应器件。 首先在P+衬底上外延生长(100)的N型外延层,以形成P+N结;接着在N型层上扩散一薄N+层,形成漏源接触区。然后采用各向异性腐蚀法,腐蚀出V型槽。槽边与水平面成54.70。因此,腐蚀深度随槽宽的不同而自动停止在不同的深度上。两边的V型槽是用于沟道间相互隔离的隔离槽,中间的V型槽是沟道槽。 由于V型槽JFET的有效沟道长度远小于栅长L,因而其导通电阻变小,跨导增大。器件工作在饱和区时,VFET的夹断点在靠近沟道的中点,而不在漏端,因此,V型槽JFET的器件性能优于平面JFET。 * * Semiconductor Devices §4.6 异质结MESFET 1.高电子迁移率晶体管 HEMT 二维电子气(2DEG):电子或空穴在平行于界面的平面内自由运动,而在垂直于界面的方向受到限制。 在界面处形成电子势阱、反型层,作为导电沟道。 优点:载流子迁移率高,不受体内杂质缺陷散射 材料: AlGaAs/GaAs,AlGaAs/GaInAs/GaAs,AlInAs/GaZnAs/InP,SiGe/Si等。 * * Semiconductor Devices 2.基本结构 (1)用Ⅲ-Ⅴ族三元化合物Ga0.47In0.53As作有源沟道层的双异质结器件,用分子束外延技术将该半导体层生长在<100>方向的InP半绝缘衬底上,半导体层和InP衬底的晶格匹配良好,界面陷阱密度很低。顶部的Al0.48In0.52As层和铝栅形成一个肖特基势垒。ΦBn=0.8V,沟道中的电子被限制在有源层Ga0.47In0.53As内。由于有源层迁移率和峰值速度比GaAs高,所以能获得较高的跨导和较高的工作速度。 * * Semiconductor Devices (2)肖特基势垒接触做在宽禁带材料上,如AlxGa1-xAs,是用外延方法生长在较窄禁带材料(如GaAs)上,适当控制这两种半导体材料的禁带宽度和掺杂浓度,就能在两种半导体界面上形成一个反型层。 所谓反型层,是一个少数载流子浓度高于平衡时的多子浓度的区域。(详细的将在MOS器件一章中讨论)因为反型层具有高电导率,所以从源到漏能通过大电流,当加上栅压时,反型层电导将受栅压调制而引起漏电流变化,其IV特性类似于耗尽型MESFET的IV特性。 若窄禁带材料是低掺杂的,其反型层内的迁移率将很高,这既能提高跨导,又能提高器件的工作速度和截止频率。 * * Semiconductor Devices 3.I-V模型 可与GaAs MESFET相似的过程建模。 4.C-V模型 同样类似于GaAs MESFET的C-V模型。 5.SPICE模型 一般以MOSFET模型来模拟HFET器件和 电路,比较精确。 * * Principle of Semiconductor Devices 总结与展望 GaAs材料 GaAs IC工艺 化合物半导体场效应晶体管具有高的fT(>300GHz)和快的开关速度(ps),单片集成百万晶体管,在微波毫米波技术、A/D转换器件、高速通讯电路中有明显优势,主要应用在高速高频、高温低温高能辐射等恶劣环境下。 * * Principle of Semiconductor Devices 总结与展望 发展方向:宽带隙半导体、新器件原理,不在于缩小器件尺寸,而是开发、集成不同材料系统,发明新器件原理,将FET、双极、光电子技术集成。 新型化合物FET,宽带隙器件如金刚石、ZnSe、SiC、GaNZnO等,以及异维器件(hetero dimensional devices)2D、3D,毫米波器件,高速超低功耗集成电路。 与常规硅基电路集成,更低功耗更低成本更低噪声 与InP基光电子器件进行集成兼容,衬底昂贵易碎 GaN基HFET,大功率、高温应用领域 * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * Semiconductor Devices (2)频率参数 JFET的频率参

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  • 由下图可知,稳压二极管的外形和一些普通二极管相似,其外壳材料主要有玻璃,塑料和金属等种,一般小功率的稳压二极管采用玻璃或者是塑料的封装,大功率稳压二极管采用散热良好的金属外壳封装。由于稳压二极管一般...
  • 三极管特性

    2009-08-12 10:57:00
    三极管顾名思义具有三个电极。二极管是由一个PN结构成的,而三极管由两个PN结构成,共用的一个电极成为三极管的基极(用字母b表示)。其他的两个电极成为集电极(用字母c表示)和发射极(用字母e表示)。由于不同的...

     半导体三极管也称为晶体三极管,可以说它是电子电路中最重要的器件。它最主要的功能是电流放大和开关作用。三极管顾名思义具有三个电极。二极管是由一个PN结构成的,而三极管由两个PN结构成,共用的一个电极成为三极管的基极(用字母b表示)。其他的两个电极成为集电极(用字母c表示)和发射极(用字母e表示)。由于不同的组合方式,形成了一种是NPN型的三极管,另一种是PNP型的三极管。

        三极管的种类很多,并且不同型号各有不同的用途。三极管大都是塑料封装或金属封装,常见三极管的外观如图,大的很大,小的很小。三极管的电路符号有两种:有一个箭头的电极是发射极,箭头朝外的是NPN型三极管,而箭头朝内的是PNP型。实际上箭头所指的方向是电流的方向。

        电子制作中常用的三极管有90××系列,包括低频小功率硅管9013(NPN)、9012(PNP),低噪声管9014(NPN),高频小功率管9018(NPN)等。它们的型号一般都标在塑壳上,而样子都一样,都是TO-92标准封装。在老式的电子产品中还能见到3DG6(低频小功率硅管)、3AX31(低频小功率锗管)等,它们的型号也都印在金属的外壳上。我国生产的晶体管有一套命名规则,电子爱好者最好还是了解一下:
        第一部分的3表示为三极管。第二部分表示器件的材料和结构,A: PNP型锗材料 B: NPN型锗材料 C: PNP型硅材料 D: NPN型硅材料 第三部分表示功能,U:光电管 K:开关管 X:低频小功率管 G:高频小功率管 D:低频大功率管 A:高频大功率管。另外,3DJ型为场效应管,BT打头的表示半导体特殊元件。

        

    三极管最基本的作用是放大作用,它可以把微弱的电信号变成一定强度的信号,当然这种转换仍然遵循能量守恒,它只是把电源的能量转换成信号的能量罢了。三极管有一个重要参数就是电流放大系数β。当三极管的基极上加一个微小的电流时,在集电极上可以得到一个是注入电流β倍的电流,即集电极电流。集电极电流随基极电流的变化而变化,并且基极电流很小的变化可以引起集电极电流很大的变化,这就是三极管的放大作用。

        三极管还可以作电子开关,配合其它元件还可以构成振荡器。

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  • 意法半导体推出了该公司首款65nm制造技术的低...Tiziano系列产品中的每通道模块都有共同的特性和固件,客户投资一次可用于多产品市场。  作为ST的第代经过生产线测试的读通道,Tiziano支持行业对垂直记录、低功
  • 今天,我们来认识另一种十分重要半导体器件:三极管。 生活中,授课、集会、维持秩序等场合需要用到扩音器、音响等设备,这些设备之所以能够放大声音是因为它们都包含放大器,而放大器的核心部件就是三极管。 那...

    今天,我们来认识另一种十分重要的半导体器件:三极管。

    生活中,授课、集会、维持秩序等场合需要用到扩音器、音响等设备,这些设备之所以能够放大声音是因为它们都包含放大器,而放大器的核心部件就是三极管。

    那三极管究竟是如何放大声音信号的呢?

    让我们带着这个问题开始学习三极管的结构。

    与二极管类似,三极管也是由PN结构成的,它的内部包含两个PN结,这两个PN结由三片半导体构成。根据这三片半导体排列方式的不同,三极管可以分成NPN型和PNP型。

    以NPN型为例,三极管的结构特点可以概括为三极、三区、两结。从三片半导体各引出一个引脚,就是三极,中间为基极B,两边分别为集电极C和发射极E。与三个引脚相连的三片半导体即为“三区”,基区、集电区和发射区。

    三个区结构上各有特点,基区最薄,集电区面积最大,发射区掺杂浓度最高。三个区相互结合,在交界处形成两个PN结。基区与集电区交界处称为集电结,基区与发射区交界处称为发射结。

    电路中,用字母VT表示三极管(二极管是 diode 三极管是 triode 真空三极管是vacuum triode, 缩写就是VT),图形符号中的箭头表示发射结导通时的电流方向。由于PN结导通时,电流从P区流向N区,因此,NPN型箭头向外,PNP型箭头向里。

    了解了三极管的结构,那它是怎样放大信号的呢?

    下面来看三极管的工作特性。

    俗话说:人往高处走,水往低处流。电流和水流类似,从高电位流向低电位。

    如果用水流类比电流,那么三极管就类似于一个T形水管,水管的三个口相当于三极管的三个极,对应集电极和基极位置上有控制出水量大小的联动阀门。小阀门(内电场)靠水流冲击打开,大阀门在联动杆的带动下动作,三个极的电流就相当于水管三个口流过的水流。

    当有水流冲击小阀门时,在联动杆的带动下大阀门也打开,较大水流流下,最终大小水流在下端汇聚流出。如果增大小阀门处的水流,大阀门开启角度也增大,水管下端流出的水流也就越多。小阀门处较小的水流流入,最终在下端有较大的水流流出,这就是放大状态。

    在此过程中,要使基极电流流向发射极,发射结必须要正偏,要使集电极电流受基极电流控制,集电结需要反偏。因此,在这个条件下三个极电位应满足VC>VB>VE。

    当发射结反偏,或发射结电压小于导通电压时,这就相当于小阀门处的水流很微弱不足以推动阀门打开,自然也就没有电流输出,这种状态称为截止状态。

    三极管能放大电流,但这种放大能力也不是无限制的。当基极电流增大,集电极电流不再随之增大时,三极管就进入了饱和状态。

    这就好比大阀门已经全部打开,此时,即使小阀门处的水流继续增大,上水口流入的水流量也不再增大。

    饱和状态下,三极管的发射结正偏,集电结正偏,三个极电位满足VB>VC>VE。

    了解了三极管的三种工作状态,这对我们实际应用有何指导意义呢?

    下面我们来分析三极管输出特性曲线图。

    当三极管截止时,IC很小,集-射极间电压近似等于电源电压,相当于开路,三极管可看作一个断开的开关。

    当三极管饱和时,IC很大,集-射极间电压很小,相当于短路,三极管可看作一个闭合的开关。

    放大区内,当基极电流IB为20uA输入时,集电极电流IC输出约为10mA,并且IB每增加20uA,IC也相应增加10mA左右,说明此区域内三极管能够放大电流。

    因此,三极管可以作为开关器件和放大器件使用。作为开关器件使用时,三极管工作在截止区、饱和区。作为放大器件使用时,三极管工作在放大区。

    放大,是三极管十分常见的一种应用,如何衡量三极管的放大能力呢?

    下面我们来研究三极管的电流放大作用。

    首先做个实验,在仿真软件中,按图连接电路,调节电位器,观察三个极的电流。

    进入仿真,调节电位器RP1,观察电流,IB从13.101uA增加至15.321uA,IC从2.645mA增加至3.089mA。说明三极管用一个微小的基极电流变化量控制了较大的集电极电流变化量。

    这就是三极管放大的实质。

    利用该仿真电路,不断调节电位器,我们可以得到一系列电流的测量值。纵向观察一下,发现规律了吗?

    对,在放大状态下,发射极电流等于基极电流与集电极电流之和,即IE=IB+ IC。这就是三极管电流分配关系。

    由于基极电流很小,发射极电流近似等于集电极电流即IE≈ IC。

    那三极管能把电流放大多少倍呢?

    用输出的集电极电流0.56mA除以输入的基极电流0.01mA等于56,三极管可以将基极电流IB放大56倍。依次类推,得到其他组电流放大倍数。对比发现,各组数值相近。

    这说明放大状态下,三极管的放大能力是一个固定值,称为直流放大系数,等于集电极电流与基极电流之比。

    三极管不仅能放大直流电流,还能放大交流信号。集电极电流与基极电流的变化量的比值称为交流放大系数。

    在工程中,交直流放大系数近似相等。

    放大系数表明了三极管的放大能力。放大系数太小,放大能力较差。放大系数太大,电路工作不稳定。因此使用中需要合理选择,一般我们选择放大系数在30-100这个范围内。

    现在我们就可以回答声音是如何被放大的这个问题了!

    音响设备中的功率放大器就是利用两个参数完全相同的NPN和PNP型对管,构成互补对称电路。经过不断的电流放大,实现功率放大,从而推动扬声器发出声响。

     

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  • 今天,我们来认识另一种十分重要半导体器件:三极管。生活中,授课、集会、...与二极管类似,三极管也是由PN结构成的,它的内部包含两PN结,这两PN结由半导体构成。根据这半导体排列方式的不同,极...

    今天,我们来认识另一种十分重要的半导体器件:三极管。

    生活中,授课、集会、维持秩序等场合需要用到扩音器、音响等设备,这些设备之所以能够放大声音是因为它们都包含放大器,而放大器的核心部件就是三极管。

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    那三极管究竟是如何放大声音信号的呢?

    让我们带着这个问题开始学习三极管的结构。

    与二极管类似,三极管也是由PN结构成的,它的内部包含两个PN结,这两个PN结由三片半导体构成。根据这三片半导体排列方式的不同,三极管可以分成NPN型和PNP型。

    以NPN型为例,三极管的结构特点可以概括为三极、三区、两结。从三片半导体各引出一个引脚,就是三极,中间为基极B,两边分别为集电极C和发射极E。与三个引脚相连的三片半导体即为“三区”,基区、集电区和发射区。

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    三个区结构上各有特点,基区最薄,集电区面积最大,发射区掺杂浓度最高。三个区相互结合,在交界处形成两个PN结。基区与集电区交界处称为集电结,基区与发射区交界处称为发射结。

    电路中,用字母VT表示三极管,图形符号中的箭头表示发射结导通时的电流方向。由于PN结导通时,电流从P区流向N区,因此,NPN型箭头向外,PNP型箭头向里。

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    了解了三极管的结构,那它是怎样放大信号的呢?

    下面来看三极管的工作特性。

    俗话说:人往高处走,水往低处流。电流和水流类似,从高电位流向低电位。

    如果用水流类比电流,那么三极管就类似于一个T形水管,水管的三个口相当于三极管的三个极,对应集电极和基极位置上有控制出水量大小的联动阀门。小阀门靠水流冲击打开,大阀门在联动杆的带动下动作,三个极的电流就相当于水管三个口流过的水流。

    当有水流冲击小阀门时,在联动杆的带动下大阀门也打开,较大水流流下,最终大小水流在下端汇聚流出。如果增大小阀门处的水流,大阀门开启角度也增大,水管下端流出的水流也就越多。小阀门处较小的水流流入,最终在下端有较大的水流流出,这就是放大状态。

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    在此过程中,要使基极电流流向发射极,发射结必须要正偏,要使集电极电流受基极电流控制,集电结需要反偏。因此,在这个条件下三个极电位应满足VC>VB>VE。

    当发射结反偏,或发射结电压小于导通电压时,这就相当于小阀门处的水流很微弱不足以推动阀门打开,自然也就没有电流输出,这种状态称为截止状态。

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    三极管能放大电流,但这种放大能力也不是无限制的。当基极电流增大,集电极电流不再随之增大时,三极管就进入了饱和状态。

    这就好比大阀门已经全部打开,此时,即使小阀门处的水流继续增大,上水口流入的水流量也不再增大。

    饱和状态下,三极管的发射结正偏,集电结正偏,三个极电位满足VB>VC>VE。

    了解了三极管的三种工作状态,这对我们实际应用有何指导意义呢?

    下面我们来分析三极管输出特性曲线图。

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    当三极管截止时,IC很小,集-射极间电压近似等于电源电压,相当于开路,三极管可看作一个断开的开关。

    当三极管饱和时,IC很大,集-射极间电压很小,相当于短路,三极管可看作一个闭合的开关。

    放大区内,当基极电流IB为20uA输入时,集电极电流IC输出约为10mA,并且IB每增加20uA,IC也相应增加10mA左右,说明此区域内三极管能够放大电流。

    因此,三极管可以作为开关器件和放大器件使用。作为开关器件使用时,三极管工作在截止区、饱和区。作为放大器件使用时,三极管工作在放大区。

    放大,是三极管十分常见的一种应用,如何衡量三极管的放大能力呢?

    下面我们来研究三极管的电流放大作用。

    首先做个实验,在仿真软件中,按图连接电路,调节电位器,观察三个极的电流。

    进入仿真,调节电位器RP1,观察电流,IB从13.101uA增加至15.321uA,IC从2.645mA增加至3.089mA。说明三极管用一个微小的基极电流变化量控制了较大的集电极电流变化量。

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    这就是三极管放大的实质。

    利用该仿真电路,不断调节电位器,我们可以得到一系列电流的测量值。纵向观察一下,发现规律了吗?

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    对,在放大状态下,发射极电流等于基极电流与集电极电流之和,即IE=IB+ IC。这就是三极管电流分配关系。

    由于基极电流很小,发射极电流近似等于集电极电流即IE≈ IC。

    那三极管能把电流放大多少倍呢?

    用输出的集电极电流0.56mA除以输入的基极电流0.01mA等于56,三极管可以将基极电流IB放大56倍。依次类推,得到其他组电流放大倍数。对比发现,各组数值相近。

    这说明放大状态下,三极管的放大能力是一个固定值,称为直流放大系数,等于集电极电流与基极电流之比。

    三极管不仅能放大直流电流,还能放大交流信号。集电极电流与基极电流的变化量的比值称为交流放大系数。

    在工程中,交直流放大系数近似相等。

    放大系数表明了三极管的放大能力。放大系数太小,放大能力较差。放大系数太大,电路工作不稳定。因此使用中需要合理选择,一般我们选择放大系数在30-100这个范围内。

    现在我们就可以回答声音是如何被放大的这个问题了!

    音响设备中的功率放大器就是利用两个参数完全相同的NPN和PNP型对管,构成互补对称电路。经过不断的电流放大,实现功率放大,从而推动扬声器发出声响。

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半导体三个重要特性