第一篇：磁電子技術(shù)與器件的產(chǎn)業(yè)化盛會(huì)

未來電子技術(shù)―磁電子技術(shù)與器件的產(chǎn)業(yè)化盛會(huì)

2010-10-22 18:05:00 來源：人民網(wǎng)

[提要] 2010年10月21日-22日，首屆國際磁電子器件及產(chǎn)業(yè)化研討會(huì)（ISSDC′2010）在北京成功召開。國內(nèi)外院士和專家一致認(rèn)為：微電子工業(yè)的發(fā)展引發(fā)了世界第三次產(chǎn)業(yè)革命的浪潮，而磁電子器件的研發(fā)和產(chǎn)業(yè)化很有可能成為世界第四次產(chǎn)業(yè)革命的導(dǎo)火索。

首屆國際磁電子器件及產(chǎn)業(yè)化研討會(huì)在京召開

2010年10月21日-22日，首屆國際磁電子器件及產(chǎn)業(yè)化研討會(huì)（ISSDC′2010）在北京成功召開。會(huì)議由中國船舶重工集團(tuán)公司主辦，國家有關(guān)部門領(lǐng)導(dǎo)出席了此次會(huì)議。

南京大學(xué)教授都有為院士、美國明尼蘇達(dá)大學(xué)自旋電子實(shí)驗(yàn)室主任Jianping Wang，英國約克大學(xué)納米技術(shù)首席教授Yongbing Xu、法國自旋電子中心教授Claire Baraduc、日本國家材料科學(xué)研究院教授Koichiro Inomata，以及來自中國、美國、韓國等世界一流的磁電子材料及器件專家、學(xué)者和企業(yè)界人士近百人參加了此次會(huì)議；明尼蘇達(dá)大學(xué)Jack Judy院士、中科院物理所王鼎盛院士向大會(huì)表示了祝賀。

微電子材料與器件是二十世紀(jì)人類最偉大的創(chuàng)造之一，但是沒有利用電子自旋特性。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，半導(dǎo)體組件的尺寸縮小到納米級(jí)后，許多原有宏觀特性將喪失，必須采用電子的自旋特性來解決半導(dǎo)體的尺寸效應(yīng)問題。自旋電子學(xué)正是在這樣的背景產(chǎn)生的。

自旋電子學(xué)是一門以研究納米尺度范圍內(nèi)電子的自旋特性為主要內(nèi)容的一門交叉學(xué)科。自旋電子學(xué)，亦稱磁電子學(xué)，它是磁學(xué)與微電子學(xué)相結(jié)合的產(chǎn)物。采用磁電子材料制造全新的或者高性能的器件，與傳統(tǒng)半導(dǎo)體器件相比，具有大幅度降低能量消耗、增加集成密度和提高數(shù)據(jù)處理速度等優(yōu)點(diǎn)。磁電子器件廣泛應(yīng)用于磁場(chǎng)感應(yīng)、高速信號(hào)耦合和數(shù)據(jù)存貯等領(lǐng)域。

巨磁電阻效應(yīng)的研究是磁電子學(xué)的一個(gè)重要內(nèi)容。巨磁電阻（GMR）效應(yīng)就是指在一定的磁場(chǎng)下電阻急劇變化的現(xiàn)象。2007年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)授予巨磁電阻（GMR）效應(yīng)薄膜材料發(fā)現(xiàn)者，以表彰他們對(duì)新材料與信息技術(shù)的發(fā)展所做出的杰出貢獻(xiàn)。

1998年美國IBM公司成功地制造出用于計(jì)算機(jī)硬盤的GMR傳感器，以替代傳統(tǒng)磁頭，四年之內(nèi)使計(jì)算機(jī)硬盤記錄密度提高了近千倍，打破了信息傳輸存儲(chǔ)的瓶頸。2001年美國的摩托羅拉公司成功研制出GMR 磁性隨機(jī)存儲(chǔ)器（MRAM），具有單位密度高、讀寫速度快、數(shù)據(jù)永久不丟失等特點(diǎn)，2004年美國NVE公司研制出GMR高速耦合器，成功應(yīng)用航空航天等領(lǐng)域，解決了光電耦合器速度低、不抗輻射等固有缺點(diǎn)。目前，西方發(fā)達(dá)國家以巨磁電阻(GMR)效應(yīng)薄膜材料制成的各類先進(jìn)磁傳感器件迅速走向商品化，在民用和軍事領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。

美國國防部高級(jí)研究計(jì)劃局（DARPA）于1995年創(chuàng)立了一個(gè)聯(lián)合企業(yè)，并擬訂了一個(gè)正式的DARPA計(jì)劃――“Spintronics"（自旋電子技術(shù)）。該項(xiàng)計(jì)劃的核心內(nèi)容是應(yīng)用巨磁電阻效應(yīng)，開發(fā)各種GMR磁傳感器、GMR高速耦合器和MRAM非易失存儲(chǔ)器。

近20年來，對(duì)自旋電子技術(shù)的應(yīng)用開發(fā)取得了迅速的進(jìn)展，已廣泛應(yīng)用于電子、磁信息存儲(chǔ)、磁信息檢測(cè)、電子磁羅盤、編碼器等技術(shù)領(lǐng)域，收到明顯的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。美國國家納米技術(shù)計(jì)劃（NNI）于2010 年7 月發(fā)布了《2020 及未來納米電子器件發(fā)展》（Nanoelectronics for 2020 and Beyond）計(jì)劃，以制造革新性材料、器件、系統(tǒng)和結(jié)構(gòu)。該計(jì)劃確定了五大重點(diǎn)研究領(lǐng)域，第一個(gè)重點(diǎn)領(lǐng)域是“探索用于感應(yīng)的新技術(shù)，包括電子自旋器件、磁器件和量子細(xì)胞自動(dòng)機(jī)等”。

我國十多年來，在國家重大基礎(chǔ)研究項(xiàng)目以及國家自然科學(xué)基金等項(xiàng)目的資助下，國內(nèi)高校與研究所從實(shí)驗(yàn)與理論兩方面開展了自旋電子學(xué)的研究工作，在SCI刊物上發(fā)表了千余篇論文，申報(bào)了近百項(xiàng)中國發(fā)明專利以及部分國外專利，在基礎(chǔ)研究方面取得了一些國際上認(rèn)可、有影響力的成果。

但總體上看，無論是數(shù)量還是質(zhì)量，我們與發(fā)達(dá)國家還存在相當(dāng)大的差距，而在產(chǎn)業(yè)化方面，我們目前遠(yuǎn)遠(yuǎn)落后于國外。其中，東方微磁科技公司致力于推動(dòng)國內(nèi)磁電子材料與器件的產(chǎn)業(yè)化工作，已經(jīng)成功研制出高性能的巨磁電阻（GMR）傳感器芯片，成品率達(dá)到95%；正在研制傳輸速度大于100MHz的高速磁電耦合器，將廣泛應(yīng)用于USB3.0優(yōu)盤等IT產(chǎn)品與通信領(lǐng)域。

國內(nèi)外院士和專家一致認(rèn)為：微電子工業(yè)的發(fā)展引發(fā)了世界第三次產(chǎn)業(yè)革命的浪潮，而磁電子器件的研發(fā)和產(chǎn)業(yè)化很有可能成為世界第四次產(chǎn)業(yè)革命的導(dǎo)火索。最近，美國國家自然科學(xué)基金會(huì)（NSF）提出：“自旋電子科學(xué)的發(fā)展及應(yīng)用將預(yù)示著第四次工業(yè)革命的到來”。（當(dāng)?shù)毓└澹?/p>

大會(huì)名譽(yù)主席、中國船舶重工集團(tuán)公司副總經(jīng)理李國安致辭

美國明尼蘇達(dá)大學(xué)自旋電子實(shí)驗(yàn)室主任王建平教授演講

杭州電子科技大學(xué)教授錢正洪演講

來源：人民網(wǎng)

第二篇：《模擬電子技術(shù)》教案：半導(dǎo)體器件

《模擬電子技術(shù)》電子教案

授 課 教 案

課程： 模擬電子技術(shù)

任課教師：

教研室主任：

課號(hào)：

課題： 電子線路課程介紹及半導(dǎo)體基礎(chǔ)知識(shí)

教學(xué)目的：了解本課程的特點(diǎn)

掌握半導(dǎo)體材料的導(dǎo)電特性和原理 掌握PN結(jié)的單向?qū)щ娦?/p>

教學(xué)內(nèi)容：本征半導(dǎo)體；雜質(zhì)半導(dǎo)體；PN結(jié)

教學(xué)重點(diǎn)：P型、N型半導(dǎo)體的特點(diǎn)；PN結(jié)的單向?qū)щ娦浴＝虒W(xué)難點(diǎn)：PN結(jié)的伏安特性；PN結(jié)的電容效應(yīng)。教學(xué)時(shí)數(shù)：2學(xué)時(shí)

課前提問及復(fù)習(xí)：物質(zhì)導(dǎo)電性的決定因素？ 新課導(dǎo)入：半導(dǎo)體定義

特點(diǎn):導(dǎo)電能力可控（受控于光、熱、雜質(zhì)等）典型半導(dǎo)體材料:硅Si和鍺Ge以及砷化鎵GaAs等

新課介紹：

緒 論

1、電子技術(shù)：

無確切定義。因?yàn)榻陙硭l(fā)展迅猛，分支龐雜。有種說法為“凡是研究含有電子器件的電路、系統(tǒng)及應(yīng)用的學(xué)科”。

2、發(fā)展歷程：

以電子器件的更新?lián)Q代為標(biāo)志！

電子學(xué)近百年發(fā)展史上三個(gè)重要里程碑：

A、1904年電子管發(fā)明（真正進(jìn)入電子時(shí)代）B、1948年晶體管問世

C、60年代集成電路出現(xiàn)(SSI、MSI、LSI、VLSI)

3、若干蓬勃發(fā)展的研究方向

A、納米電子學(xué)：納米空間電子所表現(xiàn)出來的特性（波動(dòng)性）和功能 B、生物電子學(xué)：生物芯片，計(jì)算機(jī)

C、單芯片系統(tǒng)：微型衛(wèi)星和納米衛(wèi)星應(yīng)用，一片單芯片系統(tǒng)＝一顆衛(wèi)星

世界經(jīng)濟(jì)興衰波動(dòng)遵循“周期理論”，周期約為 60年。電子技術(shù)的發(fā)展進(jìn)程周期約 40年： 1905～1947（42年）：電子管－晶體管 1947～1987（40年）：晶體管－集成電路

1987～2027（40年），預(yù)計(jì)納米電子學(xué)將在21世紀(jì)上葉形成規(guī)模

4、模擬信號(hào)與數(shù)字信號(hào)比較表

第1章

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《模擬電子技術(shù)》電子教案

項(xiàng)目 模擬信號(hào)(Analog)數(shù)字信號(hào)(Digital)特點(diǎn) 波形 數(shù)學(xué) 電平數(shù) 典型 發(fā)展 連續(xù) 十進(jìn)制 無窮多個(gè) 溫度、壓力等 早、慢 離散 二進(jìn)制 有限個(gè) 數(shù)字系統(tǒng)的信號(hào) 晚、快

5、課程特點(diǎn)

規(guī)律性：基本電子電路的組成具有規(guī)律性； 非線性：半導(dǎo)體器件具有非線性； 工程性：即近似性，抓主要矛盾； 實(shí)踐性：實(shí)驗(yàn)和設(shè)計(jì)。

第一章

半導(dǎo)體器件

1.1 半導(dǎo)體

1.1.1 本征(intrinsic)半導(dǎo)體

1、定義：

純凈無摻雜的半導(dǎo)體。

2、本征半導(dǎo)體的載流子：

本征半導(dǎo)體有兩種載流子，即自由電子和空穴均參與導(dǎo)電。

并且自由電子與空穴是成對(duì)產(chǎn)生的，因此在本征半導(dǎo)體中這兩種載流子的濃度的相等的。其載流子濃度取決于激發(fā)程度。

3、本征半導(dǎo)體缺點(diǎn)：（1）、電子濃度=空穴濃度；

（2）、載流子少，導(dǎo)電性差，溫度穩(wěn)定性差。1.1.2 雜質(zhì)半導(dǎo)體

1、N型半導(dǎo)體：

在本征半導(dǎo)體中摻入+5價(jià)的施主雜質(zhì)，如磷等，得到多子為自由電子的雜質(zhì)半導(dǎo)體，稱為N型半導(dǎo)體。

其多子數(shù)量大多數(shù)取決于摻雜程度，少子數(shù)量取決于激發(fā)程度。

2、P型半導(dǎo)體：

在本征半導(dǎo)體中摻入+3價(jià)的受主雜質(zhì)，如銦等，得到多子為空穴的雜質(zhì)半導(dǎo)體，稱為P型

第1章

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《模擬電子技術(shù)》電子教案

半導(dǎo)體。其多子數(shù)量大多數(shù)取決于摻雜程度，少子數(shù)量取決于激發(fā)程度。

1.1.3 PN結(jié)

1、PN結(jié)的形成：

兩種載流子的兩種運(yùn)動(dòng)動(dòng)態(tài)平衡時(shí)形成PN結(jié)。

兩種運(yùn)動(dòng)：擴(kuò)散（濃度差）、漂移（自建電場(chǎng)力），當(dāng)多子擴(kuò)散和少子漂移達(dá)到動(dòng)態(tài)平衡，形成PN結(jié)。

PN結(jié)又稱空間電荷區(qū)、耗盡層、內(nèi)電場(chǎng)。

2、單向?qū)щ娦裕?/p>

PN結(jié)正偏時(shí)導(dǎo)通（大電流），PN結(jié)反偏時(shí)截止（小電流）。

3、PN結(jié)的伏安特性：

分為正向特性、反向特性及擊穿特性。

4、PN結(jié)的電容效應(yīng)：

表現(xiàn)為：勢(shì)壘電容CB（barrier）、擴(kuò)散電容CD（diffusion）。

課堂小結(jié)：

本征半導(dǎo)體的材料構(gòu)成、特點(diǎn)

雜質(zhì)半導(dǎo)體的材料構(gòu)成、特點(diǎn)，與本征半導(dǎo)體的區(qū)別 PN結(jié)的構(gòu)成及伏安特性，單向?qū)щ娦?/p>

作業(yè)布置：

思考題：PN結(jié)的單向?qū)щ娦裕?/p>

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《模擬電子技術(shù)》電子教案

授 課 教 案

課程： 模擬電子技術(shù)

任課教師：

教研室主任： 課號(hào)：

課題：半導(dǎo)體二極管

教學(xué)目的：掌握半導(dǎo)體二極管的幾種常見結(jié)構(gòu)

掌握半導(dǎo)體二極管的主要參數(shù)和單向?qū)щ娦?掌握穩(wěn)壓管的特性和主要參數(shù)

教學(xué)內(nèi)容：半導(dǎo)體二極管的結(jié)構(gòu)

半導(dǎo)體二極管的伏安特性、主要參數(shù)

二極管的等效電路

穩(wěn)壓管的特性和主要參數(shù) 教學(xué)重點(diǎn)：二極管的單向?qū)щ娞匦?教學(xué)難點(diǎn)：二極管的靈活應(yīng)用 教學(xué)時(shí)數(shù)： 2學(xué)時(shí)

課前提問及復(fù)習(xí)：PN結(jié)的形成

PN 結(jié)的單向?qū)щ娦?/p>

新課導(dǎo)入： 由PN結(jié)構(gòu)成的半導(dǎo)體二極管的結(jié)構(gòu)

二極管的伏安特性

二極管的主要參數(shù)，等效電路

利用二極管反向擊穿特性制成穩(wěn)壓管

新課介紹： 1.2半導(dǎo)體二極管

將PN結(jié)加外殼和電極引線就構(gòu)成半導(dǎo)體二極管 1.2.1 結(jié)構(gòu)類型和符號(hào)

類型：點(diǎn)接觸型、面接觸型和平面 1.2.2 伏安特性 一、二極管和PN結(jié)伏安特性的區(qū)別

與PN結(jié)相似，二極管具有單向?qū)щ娦裕海?）PN結(jié)外加正向電壓，二極管導(dǎo)通。（2）PN結(jié)外加反向電壓，二極管截止。

由于半導(dǎo)體體電阻和引線電阻的作用，與PN結(jié)比較，二極管外加正向電壓時(shí)，正向電流，偏小，外加反向電壓時(shí)，反向飽和電流偏大。

二極管經(jīng)常應(yīng)用于以下場(chǎng)合：（1）整流。（2）限幅。（3）邏輯（二極管邏輯）。1.2.3 主要參數(shù)

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《模擬電子技術(shù)》電子教案

(1)IF——最大整流電流

(2)VBR——反向擊穿電壓

(3)IR（IS）—— 反向飽和電流

(4)rd ——?jiǎng)討B(tài)電阻 1.2.4二極管的等效電路

定義：能夠模擬二極管特性的電路稱為二極管的等效電路。

一、由伏安特性折線化得到的等效電路

理想二極管：二極管導(dǎo)通時(shí)正向壓降為零，截止時(shí)反向電流為零。二、二極管的微變等效電路 1.2.5穩(wěn)壓二極管

穩(wěn)壓管在反向擊穿時(shí)，在一定的電流范圍內(nèi)，端電壓幾乎不變，表現(xiàn)出穩(wěn)壓特性。

一、穩(wěn)壓管的伏安特性

應(yīng)用在反向擊穿區(qū)（雪崩擊穿和齊納擊穿）

二、穩(wěn)壓管的主要參數(shù)

（1）、穩(wěn)定電壓UZ

（2）、穩(wěn)定電流IZ

IZmin ~IZmax、額定功耗

（3）

PZM、動(dòng)態(tài)電阻rZ

（4）（5）、溫度系數(shù)

穩(wěn)壓二極管在工作時(shí)應(yīng)反接，并串入一只電阻。

電阻的作用： 限流保護(hù)

誤差調(diào)節(jié) 1.2.6 特殊二極管

一、發(fā)光二極管

二、光電二極管

課堂小結(jié)：半導(dǎo)體二極管的伏安特性

半導(dǎo)體二極管的主要參數(shù)

二極管的等效電路

穩(wěn)壓管的特性和主要參數(shù) 思考問題：

如何用萬用表判斷二極管的好與壞、測(cè)試二極管的P、N極？

作業(yè)布置：

1.4

1.5

1.9

第1章

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《模擬電子技術(shù)》電子教案

授 課 教 案

課程： 模擬電子技術(shù)

任課教師：

教研室主任： 課號(hào)：

課題：雙極型晶體管 教學(xué)目的：掌握常用晶體管的基本工作原理

掌握晶體管的特性、主要參數(shù) 能夠合理選擇，正確使用晶體管。

教學(xué)內(nèi)容：晶體管的結(jié)構(gòu)及類型

晶體管的電流放大作用、電流放大系數(shù)

晶體管的共射特性曲線

晶體管的主要參數(shù)

溫度對(duì)晶體管特性及參數(shù)的影響

光電三極管

教學(xué)重點(diǎn)：三極管工作在放大區(qū)的條件和特點(diǎn) 教學(xué)難點(diǎn)：三極管工作區(qū)的判斷 教學(xué)時(shí)數(shù)： 2學(xué)時(shí)

課前提問及復(fù)習(xí)：PN結(jié)的形成

PN結(jié)所具有的單向?qū)щ娦?穩(wěn)壓二極管

新課導(dǎo)入：半導(dǎo)體三極管工作原理

半導(dǎo)體三極管的特性曲線

新課介紹： 1.3 半導(dǎo)體三極管

1.3.1 晶體管的結(jié)構(gòu)與類型：

在同一個(gè)硅片上制造出三個(gè)摻雜區(qū)域，并形成兩個(gè)PN結(jié)，構(gòu)成晶體管。

這三個(gè)區(qū)域分別稱基區(qū)、集電區(qū)、發(fā)射區(qū)。

對(duì)應(yīng)的電極分別為：基極b、集電極c、發(fā)射極e。

兩種類型：NPN和PNP 1.3.2晶體管的電流放大(控制)作用

共射放大電路：發(fā)射極是輸入、輸出回路的公共端。

晶體管工作在放大狀態(tài)的外部條件：發(fā)射結(jié)正向偏置，且集電結(jié)反向偏置。

一、晶體管內(nèi)部載流子的運(yùn)動(dòng)

1、發(fā)射結(jié)加正向電壓，擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)形成發(fā)射極電流IE。

2、擴(kuò)散到基區(qū)的自由電子與空穴的復(fù)合運(yùn)動(dòng)形成基極電流IB。

3、集電結(jié)加反向電壓，漂移運(yùn)動(dòng)形成集電極電流IC。

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《模擬電子技術(shù)》電子教案

二、晶體管的電流分配關(guān)系

從外部看：IE = IC+ IB

三、晶體管的共射電流放大系數(shù)

β：共射電流放大系數(shù)（支流放大系數(shù)和交流放大系數(shù)近似相等）IC=βIB 1.3.3 特性曲線

描述晶體管各電極之間電壓、電流的關(guān)系。

一、輸入特性曲線：

方程： iB=f(vBE)? vCE=const

與PN結(jié)的伏安特性相類似，呈指數(shù)關(guān)系

二、輸出特性曲線：

方程： iC=f(vCE)? iB=const

有三個(gè)工作區(qū)域：

1、截止區(qū)

發(fā)射結(jié)電壓小于開啟電壓UON且集電結(jié)

反向偏置。此時(shí)，可以認(rèn)為ic=0。

2、放大區(qū)

發(fā)射結(jié)正向偏置且集電結(jié)反向偏置。此時(shí)

ic幾乎取決于IB，與uCE無關(guān)，表現(xiàn)出IB對(duì)ic的控制作用。

3、飽和區(qū)

發(fā)射結(jié)與集電結(jié)均處于正向偏置，此時(shí)ic不僅與IB有關(guān)，而且明顯隨Uce增大而增大。對(duì)于小功率管，可以認(rèn)為當(dāng)Uce=Ube時(shí)，晶體管處于臨界飽和（臨界放大）狀態(tài)。1.3.4 晶體管的主要參數(shù)

一、直流參數(shù)

1、共射直流電流放大系數(shù)

2、共基直流電流放大系數(shù)

3、極間反向電流

二、交流參數(shù)

1、共射交流電流放大系數(shù)

2、共基交流電流放大系數(shù)

3、特征頻率

三、極限參數(shù)

1、最大集電極耗散功率PCM

2、最大集電極電流ICM

3、極間反向擊穿電壓

第1章

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《模擬電子技術(shù)》電子教案

由PCM、ICM和V(BR)CEO在輸出特性曲線上可以確定三區(qū)：過流區(qū)、過損區(qū)、過壓區(qū)。1.3.5 溫度對(duì)晶體管特性及參數(shù)的影響

一、溫度對(duì)ICBO的影響

溫度每升高10度，ICBO增加約一倍。

二、溫度對(duì)輸入特性的影響

溫度升高，iB增大。

三、溫度對(duì)輸出特性的影響

溫度升高，ICEO、β增大。1.3.6 光電三極管

光電三極管依據(jù)光照的強(qiáng)度來控制集電極電流的大小。

課堂小結(jié)：晶體管的結(jié)構(gòu)及類型

晶體管的電流放大系數(shù)

晶體管的共射特性曲線

晶體管的主要參數(shù)

溫度對(duì)晶體管特性及參數(shù)的影響

思考題：如何用萬用表判斷三極管的三個(gè)管腳及好壞？

作業(yè)布置：1.16 1.17 1.18

第1章

第8頁

共10頁

《模擬電子技術(shù)》電子教案

授 課 教 案

課程： 模擬電子技術(shù)

任課教師：

教研室主任： 課號(hào)：

４

課題： 場(chǎng)效應(yīng)管

教學(xué)目的：熟練掌握結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管、絕緣柵型場(chǎng)效應(yīng)管的構(gòu)造原理和特性參數(shù) 教學(xué)內(nèi)容：結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管的形成原理和特性參數(shù)

絕緣柵型場(chǎng)效應(yīng)管的構(gòu)造原理和特性參數(shù)

教學(xué)重點(diǎn)：場(chǎng)效應(yīng)管的工作原理 教學(xué)難點(diǎn)：場(chǎng)效應(yīng)管的恒流區(qū)工伯原理 教學(xué)時(shí)數(shù)： 2學(xué)時(shí)

課前提問及復(fù)習(xí)：半導(dǎo)體三極管的工作原理

半導(dǎo)體三極管的特性曲線

新課導(dǎo)入：結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管的構(gòu)造原理和特性參數(shù)

絕緣柵型場(chǎng)效應(yīng)管的構(gòu)造原理及應(yīng)用場(chǎng)合

新課介紹：

概念：場(chǎng)效應(yīng)管是利用輸入回路的電場(chǎng)效應(yīng)來控制輸出回路電流的一種半導(dǎo)體器件。按結(jié)構(gòu)分有兩類：結(jié)型、絕緣柵型 1.4.1 結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管

柵極g

漏極d

源極s 導(dǎo)電溝道

一、結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管的工作原理

1、當(dāng)uDS=0時(shí)，uGS對(duì)導(dǎo)電溝道的控制作用。

2、當(dāng)uDS為UGS（off）~0中某一固定值時(shí)，uDS對(duì)漏極電流iD的影響。

3、當(dāng)uGD〈UGS（off）時(shí)，uGS對(duì)iD的控制作用。低頻跨導(dǎo)gm

二、結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管的特性曲線

1、輸出特性曲線

場(chǎng)效應(yīng)管有三個(gè)工作區(qū)域： 可變電阻區(qū)、恒流區(qū)、夾斷區(qū)

2、轉(zhuǎn)移特性

1.4.2 絕緣柵型場(chǎng)效應(yīng)管

特點(diǎn)： 絕緣柵型場(chǎng)效應(yīng)管的柵極與源極、柵極與漏極之間均采用SiO2絕緣層隔離。

具有四種類型：N溝道增強(qiáng)型管、N溝道耗盡型管、P溝道增強(qiáng)型管、P溝道耗盡型管。

第1章

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《模擬電子技術(shù)》電子教案

一、N溝道增強(qiáng)型管

1、工作原理

開啟電壓UGS（th）

2、特性曲線與電流方程

二、N溝道耗盡型管

在SiO2絕緣層中摻入大量正離子，便可得到耗盡型管。

其符號(hào)如圖所示：

Ｐ４３頁所示場(chǎng)效應(yīng)管的符號(hào)及特性

1.4.３ 場(chǎng)效應(yīng)管的主要參數(shù)

一、直流參數(shù)

開啟電壓UGS（th）、夾斷電壓UGS（off）、飽和漏極電流ＩＤＳＳ、直流輸入電阻ＲＧＳ（ＤＣ）

二、交流參數(shù)

低頻跨導(dǎo)gm、極間電容、三、極限參數(shù)

最大漏極電流ＩＤＭ、擊穿電壓、最大耗散功率ＰＤＭ 1.4.４ 場(chǎng)效應(yīng)管與晶體管的比較：

1、場(chǎng)效應(yīng)管輸入電阻高。

2、場(chǎng)效應(yīng)管的溫度穩(wěn)定性更好。

3、場(chǎng)效應(yīng)管的噪聲系數(shù)小。

4、場(chǎng)效應(yīng)管的漏極和源極可以互換使用。

5、場(chǎng)效應(yīng)管的種類更多。課堂小結(jié)：

結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管的構(gòu)造原理和特性參數(shù) 絕緣柵型場(chǎng)效應(yīng)管的構(gòu)造原理和特性參數(shù)

作業(yè)布置：1.23

第1章

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第三篇：光電子材料與器件

光電子材料與器件

緒論 例舉信息技術(shù)與光電子技術(shù)所涵蓋的幾大方面：

信息技術(shù)主要包括信息的產(chǎn)生、傳輸、獲取、存儲(chǔ)、顯示、處理等六大方面；與之相對(duì)應(yīng)的光電子技術(shù)主要包括光的產(chǎn)生與轉(zhuǎn)化、光傳輸、光探測(cè)、光存儲(chǔ)、光顯示、光信息處理。2 簡述光電子技術(shù)的定義及其特征： 光電子技術(shù)：是電子技術(shù)與光子技術(shù)相結(jié)合而形成的一門新興的綜合性的交叉學(xué)科，主要研究光與物質(zhì)中的電子相互作用及其能量相互轉(zhuǎn)換的相關(guān)技術(shù)。

光電子技術(shù)的特征：光源激光化、傳輸波導(dǎo)（光纖）化、手段電子化、現(xiàn)代電子學(xué)中的理論模式和電子學(xué)處理方法光學(xué)化。簡述信息技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)及各階段的主要特點(diǎn)： 第一階段——電子信息技術(shù)

其特征是：信息的載體是電子；半導(dǎo)體，計(jì)算機(jī)等

第二階段——光電子信息技術(shù)

其特征是：光子技術(shù)和電子技術(shù)相結(jié)合；激光器，光纖等 第三階段——光子信息技術(shù)

其特征是：以光子作為信息的載體；全光通信，光計(jì)算機(jī)等 4 簡述光子傳遞信息的特點(diǎn)：

（1）極快的響應(yīng)時(shí)間，可用于超高速、寬帶通信（2）傳輸信息容量大

（3）信息傳輸過程中失真小（4）高抗干擾、高可靠性

（5）光儲(chǔ)存具有儲(chǔ)存量大、速度快、密度高、誤碼率低的優(yōu)點(diǎn) 總之，超高速、抗干擾、大容量、高可靠性是光子技術(shù)的特點(diǎn)。

太陽能電池

1、舉例說明太陽能利用的優(yōu)缺點(diǎn)

優(yōu)點(diǎn)：普遍（不受地域及技術(shù)條件限制，無需開采和運(yùn)輸）?

潔凈（不產(chǎn)生廢渣、廢水、廢氣，無噪聲，不影響生態(tài)）

?

巨大（1.68×1024cal/年，相當(dāng)于20萬億噸標(biāo)準(zhǔn)煤燃燒的熱量）

缺點(diǎn)：能流密度低（1kw/m2，需要相當(dāng)大的采光集熱面才能滿足使用要求）

?

不穩(wěn)定（受時(shí)間，天氣影響明顯）

大規(guī)模使用的成本和技術(shù)難度均很高（5～15倍）

2、例舉太陽能電池發(fā)展史中的里程碑事件

1839年法國科學(xué)家E.Becquerel發(fā)現(xiàn)液體的光生伏特效應(yīng)（簡稱光伏現(xiàn)象）

1954年美國貝爾實(shí)驗(yàn)室三位科學(xué)家關(guān)于單晶硅太陽電池的研制成功，在太陽電池發(fā)展史上起到里程碑的作用

3、光電效應(yīng)包括哪幾類？舉出每類的代表性器件

光電效應(yīng)(photoelectric effect)：物體吸收了光能后轉(zhuǎn)換為該物體中某些電子的能量而產(chǎn)生的電效應(yīng)。根據(jù)電子吸收光子能量后的不同行為，光電效應(yīng)可分為外光電效應(yīng)和內(nèi)光電效應(yīng)。外光電效應(yīng)：在光線作用下，物體內(nèi)的電子逸出物體表面向外發(fā)射的現(xiàn)象。——金屬

§其主要應(yīng)用有光電管和光電倍增管。內(nèi)光電效應(yīng)：光照射到半導(dǎo)體材料上激發(fā)出電子-空穴對(duì)而使半導(dǎo)體產(chǎn)生了電效應(yīng)。內(nèi)光電效應(yīng)可分為光電導(dǎo)效應(yīng)和光生伏特效應(yīng)。——半導(dǎo)體

光電導(dǎo)效應(yīng)是指光照射下半導(dǎo)體材料的電子吸收光子能量從鍵合狀態(tài)過渡到自由狀態(tài)，從而引起材料電阻率的變化。其應(yīng)用為光敏電阻。——本征或摻雜半導(dǎo)體

光生伏特效應(yīng)是指光照射下物體內(nèi)產(chǎn)生一定方向的電動(dòng)勢(shì)的現(xiàn)象。其應(yīng)用主要有光伏電池（太陽能電池）、光(電)敏二極管、光(電)敏三極管等。——PN結(jié)半導(dǎo)體

4、簡述太陽能電池的光能-電能轉(zhuǎn)化原理

當(dāng)光照射p-n結(jié)上時(shí)，如果入射電子的能量大于半導(dǎo)體材料的禁帶寬度(Eg)，就會(huì)在半導(dǎo)體內(nèi)產(chǎn)生大量的自由載流子-空穴和電子。它們?cè)趐-n結(jié)內(nèi)建電場(chǎng)的作用下，空穴往p-區(qū)移動(dòng)，使p-區(qū)獲得附加正電荷；而電子往n-型區(qū)移動(dòng)，n-區(qū)獲得負(fù)電荷，產(chǎn)生一個(gè)光生電動(dòng)勢(shì)，這就是光伏效應(yīng)(光生伏打效應(yīng))。當(dāng)用導(dǎo)線連接p-型區(qū)和n-型區(qū)時(shí)，就會(huì)形成電流.5、說明太陽能電池結(jié)構(gòu)中金屬梳狀電極以及SiO2保護(hù)薄膜的作用

金屬梳狀電極：一方面金屬收集載流子，要比半導(dǎo)體有效；另一方面梳狀不會(huì)完全的阻擋陽光，增加了光的入射面積；

SiO2保護(hù)膜：硅表面非常光亮，制作者給它涂上了一層反射系數(shù)非常小的SiO2保護(hù)膜（減反層），將反射損失減小到5％甚至更小；

6、簡述發(fā)光二極管、太陽能電池以及光電二極管工作原理的異同 太陽能電池和光電二極管都是基于光伏效應(yīng)的光電器件。其主要區(qū)別在于：①光伏電池在零偏置下工作，而光電二極管在反向偏置下工作②光伏電池的摻雜濃度較高1016-19從而具有較強(qiáng)的光伏效應(yīng)，而光電二極管摻雜濃度較低1012-13③光伏電池的電阻率較低0.1-0.01 Ω/cm，而光電二極管則為1000Ω/cm④光伏電池的光敏面積要比光電二極管大得多，因此光電二極管的光電流小得多，一般在uA級(jí)。

發(fā)光二極管：Light Emitting Diode，在電場(chǎng)作用下，電子和空穴分別從陰極和陽極注入，空穴和電子在發(fā)光層中相遇、復(fù)合形成激子，激子經(jīng)過馳豫、擴(kuò)散、遷移等過程復(fù)合而產(chǎn)生光子。

7、推導(dǎo)理想光電池最大輸出功率公式

8、畫出理想太陽電池的等效電路，寫出通過負(fù)載電阻的電流公式，開路電壓及短路電流公式。

9、太陽能電池按材料分分哪幾類？例舉各類型中有代表性的太陽能電池。

10、簡述太陽能電池的應(yīng)用能夠解決人類社會(huì)發(fā)展在能源和環(huán)境方面的三個(gè)主要問題，并逐一舉例說明。

開發(fā)宇宙空間所需要的連續(xù)不斷的能源：太陽電池非常適合空間應(yīng)用，因?yàn)樗幌娜剂希幌淖陨怼⒉慌欧艔U物，目前通信衛(wèi)星、空間探測(cè)器、空間站等都廣泛采用太陽電池。地面一次能源（天然能源）的獲得，解決礦物燃料短缺與環(huán)境污染問題：目前最重要的地面應(yīng)用為并網(wǎng)發(fā)電,包括城市與建筑結(jié)合得并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)(BIPV)和大型荒漠光伏發(fā)電站.目前60%的太陽電池用于并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng),主要用于城市.日益發(fā)展的消費(fèi)電子產(chǎn)業(yè)所需要的電力供應(yīng)：太陽電池也作為小功率電源使用,如太陽路燈、庭院燈、草坪燈、太陽能噴泉、太陽能城市景觀、太陽能信號(hào)標(biāo)識(shí)、太陽能廣告燈箱、太陽能充電器、太陽能鐘、太陽能計(jì)算器、汽車換氣扇、太陽能汽車、太陽能游艇等。

光通信

1、從通信波長、傳輸速率、中繼距離等方面說明各代光纖通信系統(tǒng)的主要特點(diǎn)。光纖通信：以光波作為載波；以光纖作為傳輸媒介 1.頻率高、頻帶寬、容量大 2.損耗小，中繼距離長 3.保密性能好 4.抗干擾能力強(qiáng)

5.原料豐富、成本低、重量輕、壽命長

6.耐高溫、耐高壓、抗腐蝕、性能穩(wěn)定、可靠性高

2、光纖通信的主要優(yōu)點(diǎn)有哪些？

3、光纖通信系統(tǒng)的主要組成部分？

光纖通信系統(tǒng)一般由電端機(jī)(收發(fā))、光發(fā)射機(jī)、光接收機(jī)、光中繼器以及光纜等組成。此外還包括一些互連與光信號(hào)處理器件，如光纖連接器、隔離器、調(diào)制器、濾波器、光開關(guān)及路由器、分插復(fù)用器ADM等。

4、分別計(jì)算光信號(hào)在衰減系數(shù)為0.2dB/km、20dB/km與1000dB/km的光纖通信系統(tǒng)傳輸1km，5km以及20km距離后輸出光功率與輸入光功率的比值。

5、分別計(jì)算光信號(hào)在衰減系數(shù)為0.2dB/km、20dB/km與1000dB/km的光纖通信系統(tǒng)中傳輸時(shí)，光功率衰減一半所需要的傳輸距離。

6、簡述光纖通信發(fā)展所經(jīng)歷的三次技術(shù)飛躍。

20世紀(jì)60年代。1962年第一臺(tái)半導(dǎo)體激光器誕生，隨后半導(dǎo)體光檢測(cè)器也研究成功。特別是1966年英籍華人科學(xué)家高錕與Hockham提出用玻璃可以制成衰減為20dB/km的通信光導(dǎo)纖維，1970年美國康寧公司首先制出了20dB/km的光纖，這標(biāo)志著光纖通信系統(tǒng)的實(shí)際研究條件得以具備。

20世紀(jì)70年代。1970年發(fā)明了LD的雙異質(zhì)結(jié)構(gòu)，使得光源與光檢測(cè)器的壽命都達(dá)到了10萬小時(shí)的實(shí)用化水平。1979年發(fā)現(xiàn)了光纖1310nm和1550nm新的低損耗窗口，緊接著單模光纖問世。光纖的衰減系數(shù)一下降到0.5dB/km。這使得光纖通信邁進(jìn)了實(shí)用化階段，從80年代初開始光纖通信便大步地邁向了市場(chǎng)。20世紀(jì)90年代初。1989年摻鉺光纖放大器EDFA的研制成功是光纖通信新一輪突破的開始。EDFA的應(yīng)用不僅解決了光纖傳輸衰減的補(bǔ)償問題，而且為一批光網(wǎng)絡(luò)器件的應(yīng)用創(chuàng)造了條件。使得光纖通信的數(shù)字傳輸速率迅速提高，促成了波分復(fù)用技術(shù)的實(shí)用化。

7、光纖通信常用的低損耗窗口有哪些？它們的最低損耗系數(shù)分別是多少？ 光纖通信常用的三個(gè)低損耗窗口：

0.85 ?m ：2dB/km、1.31 ?m：0.5dB/km、1.55 ?m：0.2dB/km

1、計(jì)算n1=1.52，n2=1.51的階躍光纖在空氣（n0=1）中的數(shù)值孔徑，對(duì)于這種光纖來講，最大入射角是多大？

0i12

2、設(shè)光纖的纖芯半徑為25um，折射率n1=1.46，n2=1.45，光纖的工作波長為0.85um，求歸一化頻率及傳播模式數(shù)。如果工作波長為1.3um，傳播模式數(shù)為多少？

3、當(dāng)工作波長λ=1.31μm，某光纖的損耗為0.5dB/km，如果最初射入光纖的光功率是0.5mW，試問經(jīng)過40km以后，輸出光功率？

4、一光信號(hào)在光纖中傳輸，入射光功率為200W，經(jīng)過1km傳輸功率變?yōu)?00W，又傳輸一段距離后功率變?yōu)?5W，問后一段距離為多少？

5、影響光纖通信傳輸損耗的因素主要有哪些？目前有幾個(gè)通信窗口？為什么光纖通信要向NA?nsin??n?n1.55um的長波方向發(fā)展。

包括本征吸收、雜質(zhì)吸收、原子缺陷三種。

影響較大的是在1.39、1.24、0.95、0.72?m，峰之間的低損耗區(qū)0.85，1.30，1.55 ?m構(gòu)成了光纖通信的三個(gè)窗口。

光探測(cè)

1.簡述光電效應(yīng)與光熱效應(yīng)的區(qū)別。

光電（光子）效應(yīng)：探測(cè)器吸收光子后，直接引起原子或分子內(nèi)部電子狀態(tài)的改變，光子能量的大小直接影響內(nèi)部電子狀態(tài)的改變。對(duì)光波頻率表現(xiàn)出選擇性，響應(yīng)速度一般比較快（ns～us）。

光熱效應(yīng)：探測(cè)元件吸收光輻射能量后，并不直接引起內(nèi)部電子狀態(tài)的改變，而是把吸收的光能變?yōu)榫Ц竦臒徇\(yùn)動(dòng)能量，引起探測(cè)元件溫度上升，溫度上升的結(jié)果又使探測(cè)元件的電學(xué)性質(zhì)或其他物理性質(zhì)發(fā)生變化。一般對(duì)光波頻率沒有選擇性，響應(yīng)速度比較慢（ms）。2.光電探測(cè)器中的常見噪聲有哪些？簡述它們產(chǎn)生的原因。

熱噪聲：或稱約翰遜噪聲，即載流子無規(guī)則的熱運(yùn)動(dòng)造成的噪聲。

散粒噪聲：也稱散彈噪聲，穿越勢(shì)壘的載流子的隨機(jī)漲落（統(tǒng)計(jì)起伏）所造成的噪聲。光電探測(cè)器的研究表明：散粒噪聲是主要的噪聲來源。

半導(dǎo)體受光照，載流子不斷產(chǎn)生—復(fù)合。在平衡狀態(tài)時(shí)，在載流子產(chǎn)生和復(fù)合的平均數(shù)是一定的,但在某一瞬間載流子的產(chǎn)生數(shù)和復(fù)合數(shù)是有起伏的，這種起伏導(dǎo)致載流子濃度的起伏，由這種起伏引起的噪聲產(chǎn)生—復(fù)合噪聲。

1/f噪聲：或稱閃爍噪聲或低頻噪聲。由于光敏層的微粒不均勻或不必要的微量雜質(zhì)的存在，當(dāng)電流流過時(shí)在微粒間發(fā)生微火花放電而引起的微電爆脈沖稱為1/f噪聲。3.根據(jù)量子效率的定義推導(dǎo)量子效應(yīng)與電流響應(yīng)度之間的關(guān)系。4.光電倍增管由哪幾部分組成？簡述每部分的作用。

光入射窗：光窗分側(cè)窗式和端窗式兩種，它是入射光的通道。由于光窗對(duì)光的吸收與波長有關(guān)，波長越短吸收越多，所以倍增管光譜特性的短波閾值決定于光窗材料。

光電陰極：光電陰極由光電發(fā)射材料制作。光電發(fā)射材料大體可分為：金屬材料、半導(dǎo)體材料。

電子光學(xué)系統(tǒng)：(1)使光電陰極發(fā)射的光電子盡可能全部會(huì)聚到第一倍增極上，而將其他部分的雜散電子散射掉，提高信噪比；

(2)使陰極面上各處發(fā)射的光電子在電子光學(xué)系統(tǒng)中有盡可能相等的渡越時(shí)間，以保證光電倍增管的快速響應(yīng)。二次發(fā)射倍增系統(tǒng)：倍增系統(tǒng)是由許多倍增極組成的綜合體，每個(gè)倍增極都是由二次電子倍增材料構(gòu)成，具有使一次電子倍增的能力。因此倍增系統(tǒng)是決定整管靈敏度最關(guān)鍵的部分。陽極：陽極是采用金屬網(wǎng)作的柵網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，把它置于靠近最末一級(jí)倍增極附近，用來收集最末一級(jí)倍增極發(fā)射出來的電子。

5.某光電倍增管具有5級(jí)倍增系統(tǒng)，倍增系數(shù)（二次發(fā)射系數(shù)）δ=100。如果用λ=488nm，光功率p=10-8w的紫光照射倍增管的光電陰極，假設(shè)光電陰極的量子效率為10%，試計(jì)算收集陽極處短路電流強(qiáng)度。（h=6.63×10-34J·s，e=1.602×10-19C，c=3.0×108m/s）

NN解：

?8?9

5?19

?348

1、簡述PN結(jié)的形成過程以及PN型光電二極管的工作原理。

當(dāng)光照射到光電二極管的光敏面上時(shí)，能量大于或等于帶隙能量Eg的光子將激勵(lì)價(jià)帶上的電子吸收光子的能量而躍遷到導(dǎo)帶上（受激吸收），產(chǎn)生電子-空穴對(duì)（稱為光生載流子）。電子-空穴對(duì)在反向偏置的外電場(chǎng)作用下立即分開并在結(jié)區(qū)中向兩端流動(dòng)，從而在外電路中形成電流（光電流）。

2、比較PIN型以及APD型光電二極管與PN型光電二極管的異同。

PIN光電二極管是在摻雜濃度很高的P型、N型半導(dǎo)體之間，加一層輕摻雜的N型材料，稱為I（Intrinsic，本征的）層。由于是輕摻雜，電子濃度很低，經(jīng)擴(kuò)散后形成一個(gè)很寬的耗盡層，這樣可以提高其響應(yīng)速度和轉(zhuǎn)換效率。

利用PN結(jié)在高反向電壓下（100-200V，接近反向擊穿電壓），光生載流子在耗盡層內(nèi)的碰撞電離效應(yīng)產(chǎn)生的雪崩效應(yīng)，實(shí)現(xiàn)光電流倍增（電流增益達(dá)106）。具有靈敏度高，響應(yīng)速度快的特點(diǎn)。

3、列出熱電器件的種類以及其代表器件。熱敏電阻—輻射熱計(jì)效應(yīng) 熱釋電器件—熱釋電效應(yīng) 熱電偶—溫差電效應(yīng)

4、畫出熱釋電探測(cè)器的原理圖，并簡述其工作原理。

溫度恒定時(shí)，面束縛電荷被晶體內(nèi)部或外部的自由電荷所中和，而觀察不到它的自發(fā)極化現(xiàn)象。因此靜態(tài)時(shí)不能測(cè)量自發(fā)極化。

當(dāng)溫度變化時(shí)，晶體表面的極化電荷則隨之變化（馳豫時(shí)間約10－12s），而自由電荷中和面束縛電荷所需時(shí)間長（一般在1~103秒量級(jí)）因此跟不上它的變化，在來不及中和之前，熱電體側(cè)表面就呈現(xiàn)出相應(yīng)于溫度變化的面電荷變化，失去電的平衡，這時(shí)即顯現(xiàn)出晶體的自發(fā)極化現(xiàn)象。

5、簡述各類熱輻射探測(cè)器的特點(diǎn)。

熱電器件的共同特點(diǎn)是，光譜響應(yīng)范圍寬，從紫外到毫米量級(jí)的電磁輻射幾乎都有相同的響應(yīng)。而且響應(yīng)率都很高，但響應(yīng)速度都較低。

1）由半導(dǎo)體材料制成的溫差電堆：響應(yīng)率很高，但機(jī)械強(qiáng)度較差，使用時(shí)必須十分當(dāng)心。它的功耗很小，測(cè)量輻射時(shí)，應(yīng)對(duì)所測(cè)的輻射強(qiáng)度范圍有所估計(jì)，不要因電流過大燒毀熱端的黑化金箔。保存時(shí)，輸出端不能短路，要防止電磁感應(yīng)。2）熱敏電阻（測(cè)輻射熱計(jì)）：響應(yīng)率也很高，對(duì)靈敏面采取致冷措施后，響應(yīng)率會(huì)進(jìn)一步提高。但它的機(jī)械強(qiáng)度也較差，容易破碎，所以使用時(shí)要當(dāng)心。它要求踉它相接的放大器要有很高的輸入阻抗。流過它的偏置電流不能大，免得電流產(chǎn)生的焦耳熱影響靈敏面的溫度。3）熱釋電器件：一種比較理想的熱探測(cè)器，機(jī)械強(qiáng)度、響應(yīng)率、響應(yīng)速度都很高。但根據(jù)它的工作原理，它只能測(cè)量變化的輻射，入射輻射的脈沖寬度必須小于自發(fā)極化矢量的平均作用時(shí)間。輻射恒定時(shí)無輸出。利用它來測(cè)量輻射體溫度時(shí)，它的直接輸出，是背景與熱輻PP?I??????e??????eh?hc10?488?10??0.1?100?1.602?106.63?10?3.0?10?3.93A射體的溫差，而不是熱輻射體的實(shí)際溫度。另外，因各種熱釋電材料都存在一個(gè)居里溫度，所以它只能在低于居里溫度的范圍內(nèi)使用。

光顯示

1，什么是三基色原理？

自然界中任意一種顏色均可以表示為三個(gè)確定的相互獨(dú)立的基色[紅(700 nm)、綠(546.1 nm)、藍(lán)(435.8nm)]的線性組合。將三基色按一定比例相加混合，就可以模擬出各種顏色。2，光度量有哪些？單位分別是什么？

(1)光通量: 單位時(shí)間內(nèi)所發(fā)出的光量；單位：流明(lm)。

(2)發(fā)光強(qiáng)度: 在給定方向的單位立體角（）輻射的光通量，單位：坎德拉(cd)。(3)光照度:單位受光面積（S）上所接收的光通量，單位：勒克斯(lx).(4)亮度:垂直于傳播方向單位面積（）上的發(fā)光強(qiáng)度，單位cd/m2 3，黑白CRT主要由哪幾部分構(gòu)成？簡述其工作原理。CRT顯示器的核心部件是CRT顯像管（即陰極射線管），其主要由五部分組成：電子槍(Electron Gun)、偏轉(zhuǎn)線圈(Defiection coils)、蔭罩(Shadow mask)、熒光粉層(Phosphor)及玻璃外殼，其中電子槍是顯像管的核心。

工作時(shí)，電子槍中陰極K被燈絲加熱發(fā)射大量的電子，電子束首先由加在第一控制柵極的視頻電信號(hào)調(diào)制，然后經(jīng)加速和聚焦后，高速轟擊熒光屏上的熒光體，熒光體發(fā)出可見光。電子束的電流是受顯示信號(hào)控制的，信號(hào)電壓高，電子槍發(fā)射的電子束流也越大，熒光體發(fā)光亮度也越高——不同灰度級(jí)的實(shí)現(xiàn)。

最后通過偏轉(zhuǎn)磁軛控制電子束，在熒光屏上從上到下，從左到右依次掃描，從而將圖像或文字完整地顯示在熒光屏上。

4，簡述彩色CRT中蔭罩的作用。

蔭罩的作用——為了防止每個(gè)電子束轟擊另外兩個(gè)顏色的熒光體，在熒光面內(nèi)設(shè)有選色電極－蔭罩。當(dāng)電子束到達(dá)屏幕后部時(shí)，還要通過一個(gè)非常薄的，大約只有0.1MM厚的蔭罩板，只使有用的電子束通過，無用電子束擊打在蔭罩板上做無用功發(fā)熱。對(duì)于原來孔狀的蔭罩板，其上每一個(gè)孔都與屏幕上的一組三個(gè)熒光粉顆粒相對(duì)應(yīng)(一個(gè)點(diǎn)有紅綠藍(lán)三個(gè)熒光粉顆粒組成)。

5，簡述CRT顯示器件的優(yōu)缺點(diǎn)。優(yōu)點(diǎn)：

1、亮度高（可調(diào)）

2、對(duì)比度高

3、視角大

4、色彩還原度好

5、色度均勻

6、分辨率高（可調(diào)）

7、響應(yīng)時(shí)間短 缺點(diǎn)：

1、耗電量大

2、尺寸大，重量大

3、無法制造較大面積的顯示屏

技術(shù)上的困難：較大真空玻璃外殼容易破裂

顯示面積較大時(shí)，掃描頻率降低，無法顯示運(yùn)動(dòng)影像

4、受電磁場(chǎng)影響，容易發(fā)生線性失真

5、存在輻射，影響使用者身體健康

1，按照液晶分子排列狀態(tài)分類，液晶可分為哪幾類？簡述它們的分子排列特征。按液晶分子排列狀態(tài)，熱致液晶相可分為三大類：

近晶相液晶:棒狀或條狀分子按層狀排列，二維有序，層內(nèi)分子長軸相互平行，其方向可垂直于層面或與層面傾斜。分子質(zhì)心位置在層內(nèi)無序，分子可在層內(nèi)轉(zhuǎn)動(dòng)或者滑動(dòng)。

向列相液晶:由長徑比很大的棒狀分子組成，保持與軸向平行的排列狀態(tài)。分子的重心雜亂無序，并容易順著長軸方向自由移動(dòng)，像液體一樣富于流動(dòng)性。

膽甾相液晶:具有層狀結(jié)構(gòu)，分子長軸在層內(nèi)是相互平行的，而在垂直于層的平面上，每層分子都會(huì)旋轉(zhuǎn)一個(gè)角度。整體呈螺旋結(jié)構(gòu)，螺距的長度與可見光波長相當(dāng)。膽甾型液晶具有負(fù)的雙折射性質(zhì).膽甾相和向列相液晶可互相轉(zhuǎn)換。2，何為液晶的電光效應(yīng)？ 電光效應(yīng)：

液晶材料在施加電場(chǎng)（電流）時(shí)，其光學(xué)性質(zhì)會(huì)發(fā)生變化，這種效應(yīng)稱為液晶的電光效應(yīng)。

3，說明TN-LCD的工作原理。

當(dāng)入射光通過偏振片后成為線偏振光，在無外電場(chǎng)作用時(shí)，由于扭曲向列液晶的旋光特性，線偏光經(jīng)過扭曲向列液晶時(shí)偏振方向跟隨扭曲向列液晶旋轉(zhuǎn)90°，在出射處，檢偏片與起偏片相互垂直，旋轉(zhuǎn)了90°的偏振光可以通過，因此呈透光態(tài)。

在有電場(chǎng)作用時(shí)，當(dāng)電場(chǎng)大于閾值場(chǎng)強(qiáng)后，液晶盒內(nèi)液晶分子長軸都將沿電場(chǎng)方向排列，即與表面呈垂直排列，此時(shí)入射的線偏振光不能得到旋轉(zhuǎn)，因而在出射處不能通過檢偏片，呈不透光態(tài)。

4，何為液晶顯示器的“交叉效應(yīng)”？該效應(yīng)存在于哪幾種液晶顯示器中？

若半選擇點(diǎn)上的有效電壓大于閾值電壓時(shí)，在屏幕上將出現(xiàn)不應(yīng)有的顯示，使對(duì)比度下降，這就是交叉效應(yīng)。TN、STN-LCD存在所謂的“交叉效應(yīng)”。由于每個(gè)像素相當(dāng)于一個(gè)電容，當(dāng)一個(gè)像素被先通時(shí)，相鄰像素將處于半選通狀態(tài)，產(chǎn)生串?dāng)_。因此對(duì)于多路、視頻運(yùn)動(dòng)圖像的顯示很難滿足要求。5，簡述LCD的優(yōu)缺點(diǎn)。

優(yōu)點(diǎn)：低壓、低功耗；平板結(jié)構(gòu)；顯示信息量大；易于彩色化；長壽命；無輻射、無污染。缺點(diǎn)：顯示視角小；響應(yīng)速度慢；亮度相對(duì)較低；對(duì)比度低；畫面均勻度相對(duì)較差、存在點(diǎn)缺陷。

6，PDP如何實(shí)現(xiàn)彩色顯示？。

PDP顯示原理：PDP是利用氣體放電發(fā)光進(jìn)行顯示的平面顯示板。這種屏幕采用等離子管作為發(fā)光元件，大量等離子管排列構(gòu)成屏幕。每個(gè)等離子管對(duì)應(yīng)的每個(gè)小室內(nèi)部充滿惰性氣體（AC： Ne； DC： Ne, Ar, Hg；彩色：Ne:Xe, Ag:Hg）。等離子管電極間加上高壓后，封裝在兩個(gè)玻璃之間的氣體放電，產(chǎn)生等離子體，等離子體產(chǎn)生紫外光照射三基色熒光粉發(fā)出可見光。

第四篇：大功率半導(dǎo)體器件IGBT產(chǎn)業(yè)化基地奠基

大功率半導(dǎo)體器件IGBT產(chǎn)業(yè)化基地奠基

5月25日，由公司負(fù)責(zé)具體實(shí)施的中國南車大功率半導(dǎo)體器件絕緣柵雙極晶體管（簡稱“IGBT”）產(chǎn)業(yè)化基地在田心工業(yè)園奠基，我國首條8英寸IGBT芯片生產(chǎn)線項(xiàng)目隨之啟動(dòng)。從芯片設(shè)計(jì)、到模塊封裝，再到系統(tǒng)應(yīng)用，公司成為國內(nèi)唯一掌握IGBT成套技術(shù)，形成完整產(chǎn)業(yè)鏈的企業(yè)。業(yè)內(nèi)評(píng)價(jià)指出，“該基地的奠基，我國IGBT關(guān)鍵技術(shù)長期受制于人的局面由此改變”。

國家發(fā)改委產(chǎn)業(yè)協(xié)調(diào)司機(jī)械裝備處處長李剛，鐵道部運(yùn)輸局裝備部副主任申瑞源，國家工業(yè)和信息化部裝備工業(yè)司機(jī)械處處長王建宇，及鐵道部、工信部、中國交通運(yùn)輸協(xié)會(huì)城市軌道交通專業(yè)委員會(huì)、湖南省經(jīng)委、科技廳相關(guān)領(lǐng)導(dǎo)，中國南車董事長趙小剛、總工程師張新寧，株洲市市長王群、副市長肖文偉，公司決策委員會(huì)成員、部分中高層干部及員工代表參加了奠基儀式。

IGBT是功率半導(dǎo)體器件第三次技術(shù)革命的代表性產(chǎn)品，廣泛應(yīng)用于軌道交通、航空航天、智能電網(wǎng)、新能源汽車等戰(zhàn)略性產(chǎn)業(yè)領(lǐng)域，是節(jié)能技術(shù)和低碳經(jīng)濟(jì)的主要支撐，被業(yè)界譽(yù)為功率變流裝置的“CPU”、綠色經(jīng)濟(jì)的“核芯”。目前國內(nèi)IGBT的主要供應(yīng)商為外國廠商，為支持我國企業(yè)技術(shù)突圍，IGBT成為國家產(chǎn)業(yè)政策重點(diǎn)支持和扶植的重大科技項(xiàng)目。相關(guān)研究機(jī)構(gòu)指出，“在IGBT這個(gè)以技術(shù)為門檻的行業(yè)中，誰掌握了技術(shù)，誰就掌握了市場(chǎng)”。

據(jù)悉，軌道交通、新能源、電動(dòng)汽車等綠色經(jīng)濟(jì)產(chǎn)業(yè)在未來十年甚至更長的時(shí)間里將保持每年20-30%的高速增長，發(fā)展綠色經(jīng)濟(jì)成為全球各個(gè)主要經(jīng)濟(jì)體的共識(shí)。作為綠色經(jīng)濟(jì)的功率“核芯”，IGBT市場(chǎng)發(fā)展前景光明。

中國南車總工程師張新寧致歡迎辭。對(duì)參加此次奠基儀式的領(lǐng)導(dǎo)及嘉賓表示歡迎。張新寧指出，作為電力電子技術(shù)的關(guān)鍵核心，IGBT已經(jīng)逐步成為衡量一個(gè)企業(yè)、行業(yè)乃至國家電力電子技術(shù)水平的重要標(biāo)志。

通過多年努力，中國南車此方面處于國內(nèi)領(lǐng)先地位，在IGBT產(chǎn)業(yè)化上做了充足的準(zhǔn)備。他表示，中國南車將以此次項(xiàng)目奠基為契機(jī)，全面拉動(dòng)并加快推進(jìn)中國南車大功率半導(dǎo)體IGBT產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程，真正提升國內(nèi)行業(yè)的整體競爭能力。

公司執(zhí)行董事兼總經(jīng)理丁榮軍就大功率半導(dǎo)體IGBT產(chǎn)業(yè)化項(xiàng)目情況和意義進(jìn)行了全面的介紹。大功率IGBT產(chǎn)業(yè)化基地建設(shè)項(xiàng)目占地160畝，預(yù)計(jì)2013年正式投產(chǎn)。該基地包括一條年產(chǎn)12萬片8英寸IGBT芯片和9條年產(chǎn)百萬只大功率IGBT模塊的生產(chǎn)線，產(chǎn)品電壓等級(jí)從600伏到6500伏，年產(chǎn)值超過20億元，完全打通芯片—模塊—系統(tǒng)應(yīng)用的完整產(chǎn)業(yè)鏈，滿足和支撐軌道交通等產(chǎn)業(yè)領(lǐng)域?qū)Υ蠊β蔍GBT強(qiáng)大市場(chǎng)需求。整個(gè)產(chǎn)業(yè)規(guī)模和技術(shù)實(shí)力均超過國內(nèi)已有水平，達(dá)到國際領(lǐng)先水平（目前世界主流IGBT芯片生產(chǎn)線為6英寸）。屆時(shí)，中國南車將完全自主實(shí)現(xiàn)電力電子器件技術(shù)及產(chǎn)業(yè)跨越式發(fā)展，躋身世界大功率IGBT器件技術(shù)及產(chǎn)業(yè)化一流梯隊(duì)。

據(jù)了解，由于IGBT生產(chǎn)對(duì)制造環(huán)境要求非常苛刻，該產(chǎn)業(yè)化基地配置了5000平方米的高標(biāo)準(zhǔn)凈化廠房,配套設(shè)施如空氣凈化系統(tǒng)、濕溫度控制系統(tǒng)、純水處理系統(tǒng)都將采用世界一流的技術(shù)裝備。基地引進(jìn)國際一流的生產(chǎn)工藝，配套IGBT芯片制造、封裝測(cè)試、可靠性試驗(yàn)全套設(shè)備，形成集IGBT產(chǎn)品設(shè)計(jì)、芯片制造、模塊封裝測(cè)試、可靠性試驗(yàn)、系統(tǒng)應(yīng)用等成套技術(shù)的研究、開發(fā)及產(chǎn)品制造于一體，自動(dòng)化、專業(yè)化和規(guī)模化程度領(lǐng)先的大功率IGBT產(chǎn)業(yè)化基地。

工業(yè)和信息化部裝備工業(yè)司機(jī)械處處長王建宇，國家發(fā)改委產(chǎn)業(yè)協(xié)調(diào)司機(jī)械裝備處處長李剛，鐵道部運(yùn)輸局裝備部副主任申瑞源在奠基儀式上先后發(fā)表講話。他們紛紛對(duì)中國南車大功率半導(dǎo)體IGBT產(chǎn)業(yè)化基地奠基表示祝賀，認(rèn)為IGBT項(xiàng)目是“國家的寶貝、南車的驕傲”。他們表示將全力支持該項(xiàng)目發(fā)展，他們希望以基地奠基為契機(jī)，進(jìn)一步發(fā)揮自身優(yōu)勢(shì)，加大自主創(chuàng)新力度，加大大功率半導(dǎo)體IGBT核心技術(shù)攻關(guān)，加快實(shí)現(xiàn)電力電子核心技術(shù)高端圖片和產(chǎn)業(yè)升級(jí)，為國家、為鐵路事業(yè)發(fā)展做出更大貢獻(xiàn)。

株洲市市長王群表示，大功率IGBT產(chǎn)業(yè)化項(xiàng)目奠基，是株洲市工業(yè)發(fā)展史上一件盛大喜事，也將助力國家IGBT產(chǎn)業(yè)邁上自主華道路的新起點(diǎn)。株洲市委市政府將義不容辭地、全力以赴給予大功率IGBT產(chǎn)業(yè)以大力的關(guān)注和支持。

奠基儀式上，在熱烈的掌聲中，中國南車董事長趙小剛鄭重宣布中國南車大功率半導(dǎo)體IGBT產(chǎn)業(yè)化基地正式開工。隨后趙小剛、張新寧、丁榮軍與國家、省委領(lǐng)導(dǎo)為大功率半導(dǎo)體IGBT產(chǎn)業(yè)化基地舉行了培

土儀式。

隨后，在公司時(shí)代科技大廈舉行了大功率半導(dǎo)體器件IGBT產(chǎn)業(yè)化建設(shè)項(xiàng)目新聞發(fā)布會(huì)。中國南車總工程師張新寧、公司總工程師馮江華等領(lǐng)導(dǎo)和專家就項(xiàng)目建設(shè)情況接受了新華社、中新社、科技日?qǐng)?bào)、湖南衛(wèi)視等15家媒體的集中采訪。

第五篇：電子材料與器件總結(jié)

Chapter 1.Introduction 1.What are electronic materials? 電子材料是用在電子電氣工廠的材料，它們是電子器件和集成電路制造的基礎(chǔ)。2.What are the functional electronic materials? 功能電子材料是指除強(qiáng)度性能外，還有特殊功能，或能實(shí)現(xiàn)光電磁熱力等不同形式的交互作用和轉(zhuǎn)換的非結(jié)構(gòu)材料。

3.What are the basic requirements of modern society to electronic materials? 1.高純度與完美的晶體結(jié)構(gòu)。2.先進(jìn)的制造技術(shù)。3.大尺寸。

4.壽命長且可控。5.具有優(yōu)異結(jié)構(gòu)與功能特性。6.減少污染節(jié)約能源。4.What is the future direction for the development of advanced electronic materials?

先進(jìn)復(fù)合材料 有機(jī)電子材料 電子薄膜材料 5.What is Moore’s law?

集成電路上可容納的晶體管數(shù)目將在每三年變成原來的4倍。

Chapter 2.Elementary materials science concepts 1.Please explain the shell model of atomic structure and sketch that for sodium.殼模型是基于波爾模型的。原子核：帶正電的質(zhì)子與中性的中子。原子序數(shù)：核電荷數(shù)。電子：質(zhì)量極小，帶負(fù)電，在原子中繞電子核旋轉(zhuǎn)。核外電子排布：泡

利不相容定理、能量最低原理、洪特定理。

2.What’s the force between the two atoms when their separation is above the bond length, equal to the bond length and below the bond length? What are the net force and potential energy in bonding between two atoms?

距離大于鍵長時(shí)合力為吸引力，等于鍵長時(shí)合力為0，小于鍵長時(shí)合力為斥力。力為勢(shì)能相對(duì)距離的導(dǎo)數(shù)。當(dāng)兩個(gè)原子距離無窮遠(yuǎn)時(shí)，幾乎不相互作用，勢(shì)能為0.當(dāng)兩個(gè)原子在吸引力作用下靠近時(shí)，勢(shì)能逐漸下降，到達(dá)平衡位置時(shí)，勢(shì)能最低。當(dāng)原子距離進(jìn)一步接近，要克服排斥力，使得勢(shì)能重新升高。把平衡位置距離下對(duì)應(yīng)的勢(shì)能定義為結(jié)合能。

3.Please list three kinds of the primary bonds and the typical material.共價(jià)鍵：H2, CH4

金屬鍵: copper.離子鍵: NaCl, ZnS.4.Please list two kinds of the secondary bonds and the typical material.誘發(fā)偶極矩: H2、CH4 氫鍵: H20.5.What’s the bond for semiconductors?

許多重要的半導(dǎo)體都是極化共價(jià)鍵，是一種混合鍵。6.What’s the origin of the Van der Waals bond? Please explain the formation of the hydrogen bond and induced dipole, respectively.范德華鍵：產(chǎn)?于分?或原?之間的靜電相互作?

氫鍵：氧原子中的電子在遠(yuǎn)離氫原子的地方聚集，水分子是極性的有一個(gè)電偶極矩。水中各種偶極矩之間的引力引起范德華鍵，當(dāng)一個(gè)偶極子的正電荷來自一個(gè)暴露的氫核時(shí)，范德華鍵便稱作氫鍵。

誘發(fā)偶極矩：兩個(gè)原子由于電子波動(dòng)的同步性誘發(fā)電偶極矩彼此互相吸引。7.Please draw the body centered cubic and tetragonal crystal structure.8.What’s the miller index of the crystal plane?

9.Please draw the crystal direction and crystal plane in a cubic crystal.[110](110)

[111](111)

[12 1](12 1)10.Please describe different kinds of crystal defects.點(diǎn)缺陷：引起晶格周期性的破壞發(fā)生在一個(gè)或幾個(gè)晶格常數(shù)范圍內(nèi)的缺陷。線缺陷：晶格周期性的破壞發(fā)生在晶體內(nèi)部一條線的周圍近鄰。面缺陷：密排晶體中原子面的堆積順序出現(xiàn)了反常所造成的缺陷。11.How to determine a Burger’s vector for a dislocation in a crystal? What’s the difference between the Edge dislocation and Screw dislocation? 在實(shí)際晶體中作一伯格斯回路，在完整晶體中按其相同的路線和步伐作回路，自路線終點(diǎn)向起點(diǎn)的矢量，即伯格斯矢量。伯格斯矢量垂直于刃位錯(cuò)線。伯格斯矢量與位錯(cuò)線平行。

刃型位錯(cuò)必須與滑移方向slipping direction垂直，也垂直與滑移矢量slipping vector.螺旋位錯(cuò)線平行于滑移方向。12.What are the characteristics at grain boundary? 晶界兩側(cè)晶粒的晶體結(jié)構(gòu)相同，空間取向不同。

Point group點(diǎn)陣：從晶體結(jié)構(gòu)中抽象出來的幾何點(diǎn)的集合稱之為晶體點(diǎn)陣 Basis 基元：原子、分子或多個(gè)原子構(gòu)成的集團(tuán)

Chapter 3.Dielectric materials and devices 1.What are the direct and converse piezoelectric effect?

Direct piezoelectric effect 正壓電效應(yīng): 晶體在機(jī)械力作用下，一定方向產(chǎn)生電壓，機(jī)械能轉(zhuǎn)換為電能的過程。

Converse piezoelectric effect 逆壓電效應(yīng): 在外電場(chǎng)激勵(lì)下，晶體某些方向產(chǎn)生形變現(xiàn)象，電能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能的過程。2.What is the domains?

電疇：電偶極矩具有相同方向的區(qū)域稱為電疇。

3.Please explain the polarization process for the piezoelectric ceramic..對(duì)壓電陶瓷施加電場(chǎng)，可以使電疇有序排列，發(fā)生極化。施加外電場(chǎng)時(shí)，電疇的極化方向發(fā)生轉(zhuǎn)動(dòng), 趨向于按外電場(chǎng)方向的排列, 從而使材料得到極化。4.Please draw the polarization versus stress for piezoelectric ceramic.5.Please give the piezoelectric equation and explain the parameters.極化感應(yīng)電荷的大小與所加力的大小成比例，極性與力的方向有關(guān):

d為壓電系數(shù)

6.Please list at least three important piezoelectric material.Single crystals 單晶 Polycrystalline ceramics 陶瓷 Polymer 高分子聚合物 Thin films 薄膜

7.Why can’t a static force be measured by the piezoelectric sensor? 理論上來講，如果施加在晶片上的外力不變，積聚在極板上的電荷無內(nèi)部泄漏，外電路負(fù)載無窮大，那么在外力作用期間，電荷量將始終保持不變。但這是不存在的,漏電阻會(huì)很快泄放掉其上的電荷。

8.How to improve the sensibility of the piezoelectric sensor using Electrometer circuit? t=R(Ca+Cc+Ci)被測(cè)作用力變化緩慢，此時(shí)如果測(cè)量回路時(shí)間常數(shù)也不大，就會(huì)造成傳感器的靈敏度降低。為了增大壓電傳感器的工作頻率范圍，必須增大時(shí)間常數(shù)。增大測(cè)量回路的電容來提高時(shí)間常數(shù)τ，則會(huì)影響電壓靈敏度，通常用增加電阻來提高時(shí)間常數(shù)。

9.Please list the application of piezoelectric sensors.壓電加速度傳感器 壓電壓?傳感器 超聲波流量計(jì)

10.Please give the frequency response for a PZT and explain the origination for each section.直流響應(yīng)為0，然后有一平坦區(qū)間，接著有一諧振峰，然后快速下降。第一個(gè)區(qū)間是由于壓電材料的漏電組引起的，第三個(gè)區(qū)間是由于傳感器機(jī)械結(jié)構(gòu)的共振引起的。

11.How to measure the flow velocity of liquid by the piezoelectric sensor? 它采用兩個(gè)聲波發(fā)送器(SA和SB)和兩個(gè)聲波接收器（RA和RB）。同一聲源的兩組聲波在SA與RA之間和SB與RB之間分別傳送。它們沿著管道安裝的位置與管道成θ角。由于向下游傳送的聲波被流體加速，而向上游傳送的聲波被延遲，它們之間的時(shí)間差與流速成正比。