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1、第三讲第三讲电子元器件基本知识电子元器件基本知识电电子子元元件件发发展展经经历历了了四四个个阶阶段段（代代）：电电子子管管、晶晶体体管管、集集成成电电路路、大大规规模模集集成成电电路路。简简单单介介绍绍发展进程及应用。发展进程及应用。电子元器件基本知识课件1883年年，爱爱迪迪生生为为延延长长白白炽炽灯灯的的寿寿命命，无无意意中中发发现现了了热电子发射现象热电子发射现象爱迪生效应。爱迪生效应。（1903年年，英英国国理理查查逊逊证证实实了了电电子子的的存存在在，1928年年获获诺贝尔奖。）诺贝尔奖。）1904年，英国弗来明，发明真空二极管。年，英国弗来明，发明真空二极管。1906美美德德福福雷
2、雷斯斯特特，在在二二极极管管阴阴、阳阳极极之之间间加加入入一一个个栅栅极极，当当栅栅极极电电压压有有微微小小变变化化时时，引引起起阳阳极极较较大大的的变变化化。“以以小小控控大大”，就就是是放放大大。结结构构为为圆圆筒筒状状。作作用如用如“闸门闸门”。电电子子管管发发明明初初期期，因因真真空空度度不不够够高高，寿寿命命短短。后后来来（1910）德德国国的的哥哥德德发发明明了了抽抽高高真真空空的的分分子子泵泵，提提高高了了真真空空度度。从从三三极极管管发发展展到到四四、五五、六六、七七、八八极极管管。从单一管到从单一管到一、电子管（真空管）一、电子管（真空管）电子元器件基本知识课件爱迪生效应爱迪
3、生效应电子元器件基本知识课件弗莱明与真空二极管弗莱明与真空二极管这项发明称为这项发明称为“阀阀”电子元器件基本知识课件真空二极管（实物）管内存在稀薄的管内存在稀薄的空气，工作时发空气，工作时发出蓝色辉光。出蓝色辉光。电子元器件基本知识课件德福雷斯特德福雷斯特电子元器件基本知识课件德福雷斯特与肖克莱肖克莱电子元器件基本知识课件真空三极管真空三极管电子元器件基本知识课件真空三极管应用真空三极管应用电子元器件基本知识课件电子元器件基本知识课件第第一一代代电电子子计计算算机机电子元器件基本知识课件二、半导体晶体管二、半导体晶体管1835年，麦克思发现年，麦克思发现“不对称导电现象不对称导电现象”。18
4、74年，布拉温，硫化物有单向导电现象。年，布拉温，硫化物有单向导电现象。1880年，硒整流器。硒（年，硒整流器。硒（Se）也是半导体。）也是半导体。后来发现更多天然或人制矿物有单向导电性。后来发现更多天然或人制矿物有单向导电性。1906年前后，辉铅矿或金刚砂；晶体加金属丝成年前后，辉铅矿或金刚砂；晶体加金属丝成二极管，用作检波，矿石收音机二极管，用作检波，矿石收音机1940年，人工纯锗、硅晶体出现，晶体二极管应年，人工纯锗、硅晶体出现，晶体二极管应用。用。电子元器件基本知识课件半导体的三个物理效应，光电导效应、光生伏打半导体的三个物理效应，光电导效应、光生伏打效应、整流效应效应、整流效应187
5、3年，英国物理学家施密斯发现晶体硒在光照年，英国物理学家施密斯发现晶体硒在光照射下电阻变小的半导体光电现象；射下电阻变小的半导体光电现象；1877年英国物理学家亚当斯年英国物理学家亚当斯(W.G.Adams)发现晶发现晶体硒和金属接触在光照射下产生电动势的半导体体硒和金属接触在光照射下产生电动势的半导体光生伏打效应，光生伏打效应，1906年美国物理学家皮尔士等人发现金属与硅晶年美国物理学家皮尔士等人发现金属与硅晶体接触能有整流作用的半导体整流效应。体接触能有整流作用的半导体整流效应。半导体的导电特性：半导体的导电特性：半导体的导电特性：半导体的导电特性：热敏性热敏性光敏性光敏性掺杂性掺杂性电子
6、元器件基本知识课件N型半导体和型半导体和P型半导体型半导体:掺入五价元素掺入五价元素P:自由电子数目大量增加，自由电子数目大量增加，自由电子导电成为主要导电方式，称为自由电子导电成为主要导电方式，称为N型半导体型半导体掺入三价元素掺入三价元素B:空穴数目大量增加，空穴空穴数目大量增加，空穴导电成为这种半导体的主要导电方式，导电成为这种半导体的主要导电方式，称为空穴半导体或称为空穴半导体或P型半导体。型半导体。电子元器件基本知识课件巴丁、肖克莱、布拉顿1945年开始，年开始，贝尔实验室，贝尔实验室，攻关小组。肖攻关小组。肖克莱（组长）、克莱（组长）、巴丁、布拉顿。巴丁、布拉顿。1947.12.2
7、3发现发现三极管放大作三极管放大作用。用。1948年专年专利，利，1956年诺年诺贝尔奖贝尔奖电子元器件基本知识课件巴丁、肖克莱、布拉顿巴丁、肖克莱、布拉顿沃尔特沃尔特布拉顿也是美国人，布拉顿也是美国人，1902年年2月月10日出生日出生在中国南方美丽的城市厦门，在中国南方美丽的城市厦门，当时他父亲受聘在中国任教。布拉顿是实验专家，当时他父亲受聘在中国任教。布拉顿是实验专家，1929年获得明尼苏达大学的博士学位后，年获得明尼苏达大学的博士学位后，电子元器件基本知识课件第一个晶体管电子元器件基本知识课件Ge活动探针活动探针50m固定探针固定探针BEC电子元器件基本知识课件研究并未终止，研究并未终
8、止，1949年，肖克莱又年，肖克莱又提出了提出了p-n结理论（关于晶体中由于掺入结理论（关于晶体中由于掺入杂质的不同所形成的杂质的不同所形成的p型区和型区和n型区的理型区的理论），并在第二年使之变为现实，研制论），并在第二年使之变为现实，研制出了结型晶体三极管。结型晶体管在许出了结型晶体三极管。结型晶体管在许多方面优于点接触晶体管，很快就得到多方面优于点接触晶体管，很快就得到了广了广电子元器件基本知识课件1959发明平面工艺。发明平面工艺。1959发发明明平平面面工工艺艺。美美仙仙董董公公司司，赫赫尔尔尼尼。晶晶体体片片表表面面进进行行加加工工集集成成电电路路工工艺艺的的前前身身。微微小小型型
9、化化的的过过程程。早早期期电电极极几几个个mm，后后缩缩至至0.30.5mm，结结面面积积0.070.2mm2。实实际际上上PN结结直直径径只只要要几几十十个个m。照照相相，制制板板，光光刻刻，印印刷刷工工艺艺。1950年年芯芯片片2.5mm2/个个，到到1963年年，同同面面积积上上可可制制作作125个个管管。线线宽宽20-30 m。1950S电电子子管管与与晶晶体体管管竞竞争争。电电子子管管小小型型化化，最最小小如如铅铅笔笔粗粗。60年年代代晶晶体体管管全全面取代电子管。（除微波、大功率场合）。面取代电子管。（除微波、大功率场合）。电子元器件基本知识课件二、三极管的应用：二、三极管的应用：
10、1二极管二极管单向导电性单向导电性单向导电性单向导电性P正正N负：导通（开关通）负：导通（开关通）；P负负N正：截止（开关断）正：截止（开关断）（1）整整流流低低频频，检检波波高高频频，开开关关作作用用（2）特特殊殊二二极管：极管：稳稳压压二二极极管管：；发发光光二二极极管管LED：光光敏敏二二极极管管：光光照照敏敏感感，电电阻阻变变小小，电电流流变变大大，有有可可见见，红红外外光光敏敏；激激光光二二极管：发射激光。极管：发射激光。PN阳极阳极阳极阳极阴极阴极阴极阴极整流前整流前整流后整流后i i电子元器件基本知识课件2三极管三极管（1）放大：）放大：IB小变化，引起小变化，引起IC大变化。大
11、变化。以小控大。放大系数以小控大。放大系数小信号放大：中频、高频、低频信号放大；小信号放大：中频、高频、低频信号放大；大位号放大：功率放大，音响输出；大位号放大：功率放大，音响输出；（2）振振荡荡：产产生生各各种种频频率率的的正正弦弦波波信信号号，收收音音机机、电电视视机机的的变变频频。作作信信号号源源，测测试试仪仪器器用用。LC振振荡荡器，器，RC振荡器。振荡器。（3）开关作用）开关作用三种工作状态：放大三种工作状态：放大截止截止开关开关NNP基极基极基极基极发射极发射极发射极发射极集电极集电极集电极集电极BECBECIBIEIC电子元器件基本知识课件第二代电子计算机电子元器件基本知识课件电
12、子元器件基本知识课件三集成电路（三集成电路（IC）1952年，英国的达默提出集成化设想年，英国的达默提出集成化设想1958年年9月月日日，美德克萨斯仪器公司，美德克萨斯仪器公司（TXAS）工程师杰克）工程师杰克基尔比（基尔比（Jackkilby）发）发明了集成电路，第一个明了集成电路，第一个IC是安置在锗晶片上的电是安置在锗晶片上的电路路相移振荡相移振荡7/161/16英寸英寸,它包含有只晶体它包含有只晶体管、只电阻器和只电容器，全部元器件都做管、只电阻器和只电容器，全部元器件都做在一块半导体锗晶体片上，元器件之间的导线是在一块半导体锗晶体片上，元器件之间的导线是黄金膜，整个电路大小相当于半只
13、曲别针。黄金膜，整个电路大小相当于半只曲别针。仙董公司（硅谷）的诺伊斯也试制硅晶片集成电仙董公司（硅谷）的诺伊斯也试制硅晶片集成电路，采用平面工艺。路，采用平面工艺。2000年，基尔比退体多年后，获诺贝尔年，基尔比退体多年后，获诺贝尔奖奖IC的第一个商品是助听器，的第一个商品是助听器，1963年年12月。月。电子元器件基本知识课件1958年年德德州州仪仪器器(TI)公公司司的的JackKilby发发明明了了第第一一个个集集成成电电路路，但但那那仅仅是是一一个个用用独独立立晶晶体体管管精精密密焊焊接接而而成成却却无无法法量量产产的的集集成成电电路路理理论论模模型型。1959年年，当当时时身身在在
14、仙仙童童公公司司的的BobNoyce发发明明了了第第一一个个真真正正意意义义上上的的平平面面集集成成电电路路，并并于于1961年年实实现现量量产。产。电子元器件基本知识课件杰克杰克基尔比（基尔比（Jackkilby）电子元器件基本知识课件杰克杰克基尔比的基尔比的IC电子元器件基本知识课件第一个基于锗的第一个基于锗的IC电子元器件基本知识课件诺伊斯发明的基于硅的诺伊斯发明的基于硅的IC电子元器件基本知识课件Intel创始人诺伊思（中）、摩尔（右）创始人诺伊思（中）、摩尔（右）电子元器件基本知识课件第一台集成电路电子计算机第一台集成电路电子计算机IBM360电子元器件基本知识课件电子元器件基本知识
15、课件四四大规模，超大规模集成电路大规模，超大规模集成电路1960年年代代平平面面工工艺艺。1970年年，通通用用微微电电子子与与通通用用仪仪器器公公司司，开开发发MOS集集成成电电路路。（MOS金金属属，氧氧化化物物，半半导导体体。）集集成成度度高高，低低功功耗耗，制制作作简简单单，成成为为IC发发展展方方向向。1965年年摩摩尔尔（GordonMoore）总总结结出出“摩摩尔尔定定律律”，每每18个个月月集集成成度度提提高高一一倍倍.1971年年 11月月 ， 第第 一一 个个 微微 处处 理理 器器（CPU）Intel 4004，含含3300个个晶晶体体管管，1990年。奔腾年。奔腾CPU
16、，含，含14万以上。万以上。电子元器件基本知识课件半导体存储器的进展：半导体存储器的进展：1965，施密特，施密特，MOS、ROM、存储器、存储器1963 INTEL公司，公司，256位位1970，1K位位1986，1M位，位，（1.2m）1974，4K位，（位，（10m）1989，4M位，（位，（0.8m）1976，16K位，（位，（5m）1998，256M位，位，（0.25m）1979，64K位，（位，（3m）2001，1G位（位（1000M）1983，256K位，（位，（1.5m）201064G（理论极限（理论极限256G）电子元器件基本知识课件摩尔（摩尔（GordonMoore）电子元
17、器件基本知识课件电子元器件基本知识课件电子元器件基本知识课件Intel4004CPU电子元器件基本知识课件上上:1970年年1Kb下下:2002年年1Gb电子元器件基本知识课件1962196219621962年年年年 12 12 12 12个元件的集成块个元件的集成块个元件的集成块个元件的集成块*1965*1965*1965*1965年初年初年初年初 近近近近100100100100个元件的集成块个元件的集成块个元件的集成块个元件的集成块 （SSISSISSISSI小小小小 规模集成电路）规模集成电路）规模集成电路）规模集成电路）*1965*1965*1965*1965年底年底年底年底 100
18、-1000 100-1000 100-1000 100-1000个个个个 （MSIMSIMSIMSI中规模集成电中规模集成电中规模集成电中规模集成电 路）；路）；路）；路）；*1971*1971*1971*1971年年年年 1000-10 1000-10 1000-10 1000-10万个万个万个万个 （ LSI LSI LSI LSI大规模集成电大规模集成电大规模集成电大规模集成电 路）路）路）路）*1978*1978*1978*1978年年年年 10 10 10 10万万万万-100-100-100-100万个万个万个万个/30mm2 /30mm2 /30mm2 /30mm2 （ VSLI
19、 VSLI VSLI VSLI超大超大超大超大 规模集成电路）规模集成电路）规模集成电路）规模集成电路） 90909090年代年代年代年代 1 1 1 1亿个以上亿个以上亿个以上亿个以上 （ULSIULSIULSIULSI极大规模集成极大规模集成极大规模集成极大规模集成 电路）；电路）；电路）；电路）；*20*20*20*20世纪末世纪末世纪末世纪末 突破突破突破突破10101010亿个亿个亿个亿个 （GLSIGLSIGLSIGLSI巨大规模集巨大规模集巨大规模集巨大规模集 成电路）。成电路）。成电路）。成电路）。电子元器件基本知识课件特征尺寸特征尺寸电子元器件基本知识课件右右:Intel酷睿酷睿2双核处理器双核处理器2.83GHz，45nm，晶体管，晶体管8.2亿个亿个电子元器件基本知识课件
