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电工电子技术01半导体基础知识
汇报人：AA
2024-01-28
目录
contents
半导体概述与基本特性
半导体器件制造工艺简介
常见半导体器件类型及其特点
半导体器件应用领域举例
现代半导体技术发展趋势与挑战
01
半导体概述与基本特性
半导体是指常温下导电性能介于导体与绝缘体之间的材料。
从19世纪末发现半导体现象，到20世纪中叶晶体管的发明，再到集成电路的广泛应用，半导体技术经历了不断的发展和革新。
发展历程
半导体的定义
如硅、锗等，具有独特的导电性能和光电性能。
元素半导体
化合物半导体
有机半导体
如砷化镓、磷化铟等，具有高速、高频、高功率等特点。
具有柔韧性、低成本等优点，但稳定性和耐久性相对较差。
03
02
01
半导体材料通常具有晶体结构，原子排列有序，形成能带结构。
晶体结构
半导体中的载流子包括电子和空穴，它们在电场作用下定向移动形成电流。
载流子
由P型半导体和N型半导体组成的PN结是半导体器件的核心部分，具有单向导电性。
PN结
反映半导体材料导电能力的参数，与载流子浓度和迁移率有关。
表示半导体器件能承受的最大电压，超过此电压可能导致器件损坏。
对于晶体管等放大器件，电流放大系数是衡量其放大能力的重要参数。
反映半导体开关器件工作频率的指标，与器件结构和载流子寿命有关。
电阻率
击穿电压
电流放大系数
开关速度
02
半导体器件制造工艺简介
包括选择合适的衬底材料、进行化学机械抛光（CMP）等预处理，得到平整无缺陷的表面。
晶圆制备
在单晶衬底上生长一层与衬底晶格匹配的单晶层，用于制造高性能器件。
外延生长技术
通过高温氧化在晶圆表面形成一层绝缘的二氧化硅层，用于器件的隔离和保护。
氧化技术
将杂质元素引入半导体材料中，改变其导电类型和载流子浓度，实现器件的不同功能。
扩散技术
用高能离子束轰击半导体材料，实现杂质的精确掺杂和分布控制。
离子注入技术
金属化技术
在半导体表面淀积金属薄膜，形成欧姆接触或肖特基接触，用于器件的电极和互联。
光刻技术
利用光学原理将掩模版上的图形转移到晶圆上，实现器件结构的精确复制。
刻蚀技术
通过化学或物理方法去除晶圆表面的部分材料，形成所需的器件结构和形状。
测试技术
对封装后的芯片进行电学性能测试和功能验证，确保产品符合设计要求。
封装技术
将制造完成的芯片进行封装，提供机械支撑、电气连接和环境保护等功能。
可靠性评估方法
通过加速寿命试验、环境适应性试验等手段评估产品的可靠性，预测其在实际使用中的性能表现。
03
常见半导体器件类型及其特点
03
工作原理
利用输入信号控制基极电流，从而控制集电极电流和发射极电流，实现电流放大和开关作用。
01
结构特点
由三个电极（基极B、集电极C和发射极E）构成，具有电流放大作用。
02
种类多样
根据结构可分为NPN型和PNP型；根据用途可分为低频小功率管、高频小功率管、低频大功率管等。
晶闸管（可控硅）
具有三个电极，阳极A、阴极K和控制极G。在控制极加触发脉冲时，晶闸管导通；当阳极电流小于维持电流时，晶闸管关断。晶闸管具有耐压高、电流大、开关速度快等优点，常用于大功率整流和逆变电路。
集成电路
将多个电子元件集成在一块半导体基片上，完成一定的电路或系统功能。集成电路具有体积小、重量轻、可靠性高、性能稳定等优点，已广泛应用于各个领域。
04
半导体器件应用领域举例
利用半导体二极管的单向导电性，将交流电转换为直流电，如电源电路中的整流桥。
整流
通过半导体稳压器件（如稳压二极管、三端稳压器等）提供稳定的电压输出，确保电路正常工作。
稳压
利用半导体器件（如晶体管、场效应管等）的开关特性，实现电路的通断控制。
开关
1
2
3
利用半导体三极管或场效应管的放大作用，将微弱信号放大到足够强度，以便后续处理或驱动负载。
放大
通过半导体器件与正反馈电路相结合，产生一定频率和幅度的交流信号，如无线电通信中的本地振荡器。
振荡
将低频信号加载到高频载波上，实现信号的传输和接收，如无线电广播和电视信号的调制与解调。
调制
光电二极管
将光信号转换为电信号，实现光电转换功能，如光敏传感器、光电开关等。
利用半导体材料的热敏特性，检测环境温度并输出相应的电信号，如热敏电阻、PN结温度传感器等。
温度传感器
通过半导体应变片感受压力变化并转换为电信号输出，实现压力测量和控制功能。
压力传感器
利用半导体材料的气敏特性，检测特定气体浓度并输出电信号进行报警或控制，如可燃气体报警器中的气敏元件。
气体传感器
结合光电转换原理，检测光信号并实现光电控制功能，如光电开关、光电断续器等。
光电传感器
05
现代半导体技术发展趋势与挑战
随着微纳加工技术的不断发展，加工精度已经进入到纳米级别，使得半导体器件的尺寸不断缩小，性能不断
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