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1、为了适应公司新战略的发展，保障停车场安保新项目的正常、顺利开展，特制定安保从业人员的业务技能及个人素质的培训计划晶体管的材料(共7篇)目录第1页共73页2N-晶体管资料第2页共73页第3页共73页第4页共73页第5页共73页晶体管简介一、定义：严格意义上讲，晶体管泛指一切以半导体材料为基础的单一元件，包括各种半导体材料制成的二极管、三极管、场效应管、可控硅等。晶体管有时多指晶体三极管。晶体管主要分为两大类：双极性晶体管和场效应晶体管。晶体管有三个极；双极性晶体管的三个极，分别由N型跟P型组成发射极、基极(Base)和集电极;场效应晶体管的三个极，分别是源极、栅极和漏极。晶体管因为有三种极性，所
2、以也有三种的使用方式，分别是发射极接地、基极接地和集电极接地。二、历史：1947年12月，美国贝尔实验室的肖克利、巴丁和布拉顿组成的研究小组，研制出一种点接触型的锗晶体管。晶体管的问世，是20世纪的一项重大发明，是微电子革命的先声。晶体管出现后，人们就能用一个小巧的、消耗功率低的电子器件，来代替体积大、功率消耗大的电子管了。晶体管的发明又为后来集成电路的降生吹响了号角。通信系统已开始应用半导体材料。20世纪上半叶，在无线电爱好者中广泛流行的矿石收音机，就采用矿石这种半导体材料进行检波。半导体的电学特性也在电话系统中得到了应用。晶体管的发明，最早可以追溯到1929年，当时工程师利莲费尔德就已经取
3、得一种晶体管的专利。但是，限于当时的技术水平，制造这种器件的材料达不到足够的纯度，而使这种晶体管无法制造出来。由于电子管处理高频信号的效果不理想，人们就设法改进矿石收音机中所用的矿石触须式检波器。在这种检波器里，有一根与矿石表面相接触的金属丝，它既能让信号电流沿一个方向流动，又能阻止信号电流朝相反方向流动。在第二次世界大战爆发前夕，贝尔实验室在寻找比早期使用的方铅矿晶体性能更好的检波材料时，发现掺有某种极微量杂质的锗晶体的性能不仅优于矿石晶体，而且在某些方面比电子管整流器还要好。在第二次世界大战期间，不少实验室在有关硅和锗材料的制造和理论研究方面，也取得了不少成绩，这就为晶体管的发明奠定了基础
4、。为了克服电子管的局限性，第二次世界大战结束后，贝尔实验室加紧了对固体电子器件的基础研究。肖克莱等人决定集中研究硅、锗等半导体材料，探讨用半导体材料制作放大器件的可能性。1945年秋天，贝尔实验室成立了以肖克莱为首的半导体研究小组，成员有布拉顿、巴丁等人。布拉顿早在1929年就开始在这个实验室工作，长期从事半导体的研究，积累了丰富的经验。他们经过一系列的实验和观察，逐步认识到半导体中电流放大效应产生的原因。布拉顿发现，在锗片的底面接上电极，在另一面插上细针并通上电流，然后让另一根细针尽量靠近它，并通上微弱的电流，这样就会使原来的电流产生很大的变化。微弱电流少量的变化，会对另外的电流产生很大的影
5、响，这就是“放大”作用。布拉顿等人，还想出有效的办法，来实现这种放大效应。他们在发射极和基极之间输入一个弱信号，在集电极和基极之间的输出端，就放大为一个强信号了。在现代电子产品中，上述晶体三极管的放大效应得到广泛的应用。巴丁和布拉顿最初制成的固体器件的放大倍数为50左右。不久之后，他们利用两个靠得很近(相距毫米)的触须接点，来代替金箔接点，制造了“点接触型晶体管”。1947年12月，这个世界上最早的实用半导体器件终于问世了，在首次试验时，它能把音频信号放大100倍，它的外形比火柴棍短，但要粗一些。在为这种器件命名时，布拉顿想到它的电阻变换特性，即它是靠一种从“低电阻输入”到“高电阻输出”的转移
6、电流来工作的，于是取名为trans-resister(转换电阻)，后来缩写为transistor，中文译名就是晶体管。由于点接触型晶体管制造工艺复杂，致使许多产品出现故障，它还存在噪声大、在功率大时难于控制、适用范围窄等缺点。为了克服这些缺点，肖克莱提出了用一种“整流结”来代替金属半导体接点的大胆设想。半导体研究小组又提出了这种半导体器件的工作原理。1950年，第一只“PN结型晶体管”问世了，它的性能与肖克莱原来设想的完全一致。今天的晶体管，大部分仍是这种PN结型晶体管。(所谓PN结就是P型和N型的结合处，P型多空穴，N型多电子。)1956年，肖克利、巴丁、布拉顿三人，因发明晶体管同时荣获诺贝
7、尔物理学奖。1947年12月16日：威廉邵克雷、约翰巴顿、沃特布拉顿成功地在贝尔实验室制造出第一个晶体管。1950年：威廉邵克雷开发出双极晶体管，这是现在通行的标准的晶体管。1953年：第一个采用晶体管的商业化设备投入市场，即助听器。1954年10月18日：第一台晶体管收音机RegencyTR1投入市场，仅包含4只锗晶体管。1961年4月25日：第一个集成电路专利被授予罗伯特诺伊斯。最初的晶体管对收音机和电话而言已经足够，但是新的电子设备要求规格更小的晶体管，即集成电路。1965年：摩尔定律诞生。当时，戈登摩尔预测，未来一个芯片上的晶体管数量大约每18个月翻一倍(至今依然基本适用)，摩尔定律在
8、ElectronicsMagazine杂志一篇文章中公布。1968年7月：罗伯特诺伊斯和戈登摩尔从仙童半导体公司辞职，创立了一个新的企业，即英特尔公司，英文名Intel为“集成电子设备”的缩写。1969年：英特尔成功开发出第一个PMOS硅栅晶体管技术。这些晶体管继续使用传统的二氧化硅栅介质，但是引入了新的多晶硅栅电极。1971年：英特尔发布了其第一个微处理器4004。4004规格为1/8英寸x1/16英寸，包含仅XX多个晶体管，采用英特尔10微米PMOS技术生产。1972年，英特尔发布了第一个8位处理器8008。1978年，英特尔发布了第一款16位处理器8086。含有万个晶体管。1978年：英
9、特尔标志性地把英特尔8088微处理器销售给IBM新的个人电脑事业部，武装了IBM新产品IBMPC的中枢大脑。16位8088处理器为8086的改进版，含有万个晶体管，运行频率为5MHz、8MHz和10MHz。8088的成功推动英特尔进入了财富(Forture)500强企业排名，财富(Forture)杂志将英特尔公司评为“70年代商业奇迹之一”。1982年：286微处理器(全称80286，意为“第二代8086”)推出，提出了指令集概念，即现在的x86指令集，可运行为英特尔前一代产品所编写的所有软件。286处理器使用了13400个晶体管，运行频率为6MHz、8MHz、10MHz和。1985年：英特尔
10、386微处理器问世，含有万个晶体管，是最初4004晶体管数量的100多倍。386是32位芯片，具备多任务处理能力，即它可在同一时间运行多个程序。1993年：英特尔奔腾处理器问世，含有3百万个晶体管，采用英特尔微米制程技术生产。1999年2月：英特尔发布了奔腾III处理器。奔腾III是1x1正方形硅，含有950万个晶体管，采用英特尔微米制程技术生产。XX年1月：英特尔奔腾4处理器推出，高性能桌面台式电脑由此可实现每秒钟22亿个周期运算。它采用英特尔微米制程技术生产，含有5500万个晶体管。XX年8月13日：英特尔透露了90纳米制程技术的若干技术突破，包括高性能、低功耗晶体管，应变硅，高速铜质接头
11、和新型低-k介质材料。这是业内首次在生产中采用应变硅。XX年3月12日：针对笔记本的英特尔迅驰移动技术平台诞生，包括了英特尔最新的移动处理器“英特尔奔腾M处理器”。该处理器基于全新的移动优化微体系架构，采用英特尔微米制程技术生产，包含7700万个晶体管。XX年5月26日：英特尔第一个主流双核处理器“英特尔奔腾D处理器”诞生，含有亿个晶体管，采用英特尔领先的90纳米制程技术生产。XX年7月18日：英特尔安腾2双核处理器发布，采用世界最复杂的产品设计，含有亿个晶体管。该处理器采用英特尔90纳米制程技术生产。XX年7月27日：英特尔酷睿2双核处理器诞生。该处理器含有亿多个晶体管，采用英特尔65纳米制
12、程技术在世界最先进的几个实验室生产。XX年9月26日：英特尔宣布，超过15种45纳米制程产品正在开发，面向台式机、笔记本和企业级计算市场，研发代码Peyn，是从英特尔酷睿微体系架构派生而出。XX年1月8日：为扩大四核PC向主流买家的销售，英特尔发布了针对桌面电脑的65纳米制程英特尔酷睿2四核处理器和另外两款四核服务器处理器。英特尔酷睿2四核处理器含有亿多个晶体管。XX年1月29日：英特尔公布采用突破性的晶体管材料即高-k栅介质和金属栅极。英特尔将采用这些材料在公司下一代处理器英特尔酷睿2双核、英特尔酷睿2四核处理器以及英特尔至强系列多核处理器的数以亿计的45纳米晶体管或微小开关中用来构建绝缘“
13、墙”和开关“门”，研发代码Peyn。XX年11月，NVIDIA发布全新的GF110核心，含30亿个晶体管，采用先进的40纳米工艺制造。XX年05月05日：英特尔成功开发世界首个3D晶体管，称为tri-Gate。除了英特尔将3D晶体管应用于22纳米工艺之后，三星，GlobalFoundries，台积电和台联电都计划将类似于Intel的3D晶体管技术应用到14纳米节点上。三、优越性：同电子管相比，晶体管具有诸多优越性：构件没有消耗无论多么优良的电子管，都将因阴极原子的变化和慢性漏气而逐渐劣化。由于技术上的原因，晶体管制作之初也存在同样的问题。随着材料制作上的进步以及多方面的改善，晶体管的寿命一般比
14、电子管长100到1000倍，称得起永久性器件的美名。消耗电能极少仅为电子管的十分之一或几十分之一。它不像电子管那样需要加热灯丝以产生自由电子。一台晶体管收音机只要几节干电池就可以半年一年地听下去，这对电子管收音机来说，是难以做到的。不需预热一开机就工作。例如，晶体管收音机一开就响，晶体管电视机一开就很快出现画面。电子管设备就做不到这一点。开机后，非得等一会儿才听得到声音，看得到画面。显然，在军事、测量、记录等方面，晶体管是非常有优势的。结实可靠比电子管可靠100倍，耐冲击、耐振动，这都是电子管所无法比拟的。另外，晶体管的体积只有电子管的十分之一到百分之一，放热很少，可用于设计小型、复杂、可靠的
15、电路。晶体管的制造工艺虽然精密，但工序简便，有利于提高元器件的安装密度。四、分类：1、材料按晶体管使用的半导体材料可分为硅材料晶体管和锗材料晶体管。按晶体管的极性可分为锗NPN型晶体管、锗PNP晶体管、硅NPN型晶体管和硅PNP型晶体管。2、工艺晶体管按其结构及制造工艺可分为扩散型晶体管、合金型晶体管和平面型晶体管。3、电流容量晶体管按电流容量可分为小功率晶体管、中功率晶体管和大功率晶体管。4、工作频率晶体管按工作频率可分为低频晶体管、高频晶体管和超高频晶体管等。5、封装结构晶体管按封装结构可分为金属封装晶体管、塑料封装晶体管、玻璃壳封装晶体管、表面封装晶体管和陶瓷封装晶体管等。其封装外形多种多样。6、按功能和用途晶体管按功能和用途可分为低噪声放大晶体管、中高频放大晶体管、低频放大晶体管、开关晶体管、达林顿晶体管、高反压晶体管、带阻晶体管、带阻尼晶体管、微波晶体管、光敏晶体管和磁敏晶体管等多种类型。五、主要参数：晶体管的主要参数有电流放大系数、耗散功率、频率特性、集电极最大电流、最大反向电压、反向电流等。
