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1、第三讲 电子元器件基本知识,电子元件发展经历了四个阶段（代）：电子管、晶体管、集成电路、大规模集成电路。简单介绍发展进程及应用。,1883年，爱迪生为延长白炽灯的寿命，无意中发现了热电子发射现象爱迪生效应。（1903年，英国理查逊证实了电子的存在，1928年获诺贝尔奖。）1904年，英国弗来明，发明真空二极管。1906 美 德福雷斯特，在二极管阴、阳极之间加入一个栅极，当栅极电压有微小变化时，引起阳极较大的变化。“以小控大”，就是放大。结构为圆筒状。作用如“闸门”。电子管发明初期，因真空度不够高，寿命短。后来（1910）德国的哥德发明了抽高真空的分子泵，提高了真空度。从三极管发展到四、五、六、
2、七、八极管。从单一管到,一、电子管（真空管）,爱迪生效应,弗莱明与真空二极管,这项发明称为“阀”,真空二极管（实物）,管内存在稀薄的空气，工作时发出蓝色辉光。,德福雷斯特,德福雷斯特与肖克莱,真空三极管,真空三极管应用,第一代电子计算机,二、半导体晶体管,1835年，麦克思发现“不对称导电现象”。1874年，布拉温，硫化物有单向导电现象。1880年，硒整流器。硒（Se）也是半导体。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，晶体二极管应用。,半导体的三个物理效应，光电导效应、光生伏打效应、
3、整流效应 1873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；1877年英国物理学家亚当斯(W.G.Adams)发现晶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，1906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。半导体的导电特性：热敏性 光敏性 掺杂性,N型半导体和 P 型半导体:掺入五价元素P: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N型半导体掺入三价元素B: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，称为空穴半导体或 P型半导体。,巴丁、肖克莱、布拉顿,1945年开始，贝尔实验室，攻关小组。肖克
4、莱（组长）、巴丁、布拉顿。发现三极管放大作用。1948年专利，1956年诺贝尔奖,巴丁、肖克莱、布拉顿,沃尔特布拉顿也是美国人，1902年 2月10日出生 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，1929 年获得明尼苏达大学的博士学位后，,第一个晶体管,研究并未终止，1949年，肖克莱又提出了p-n结理论（关于晶体中由于掺入杂质的不同所形成的p型区和n型区的理论），并在第二年使之变为现实，研制出了结型晶体三极管。结型晶体管在许多方面优于点接触晶体管，很快就得到了广,1959发明平面工艺。,1959发明平面工艺。美仙董公司，赫尔尼。晶体片表面进行加工集成电路工艺的前
5、身。微小型化的过程。早期电极几个mm，后缩至0.30.5mm，结面积0.070.2 mm2。实际上PN结直径只要几十个m。照相，制板，光刻，印刷工艺。1950年芯片2.5mm2/个，到1963年，同面积上可制作125个管。线宽20-30 m。1950S电子管与晶体管竞争。电子管小型化，最小如铅笔粗。60年代晶体管全面取代电子管。（除微波、大功率场合）。,二、三极管的应用：,1 二极管单向导电性P正N负：导通（开关通）；P负N正：截止（开关断）（1）整流低频，检波高频，开关作用（2）特殊二极管：稳压二极管：；发光二极管LED：光敏二极管：光照敏感，电阻变小，电流变大，有可见，红外光敏；激光二极管
6、：发射激光。,2三极管（1）放大：IB小变化，引起IC大变化。以小控大。放大系数小信号放大：中频、高频、低频信号放大；大位号放大：功率放大，音响输出；（2）振荡：产生各种频率的正弦波信号，收音机、电视机的变频。作信号源，测试仪器用。LC振荡器，RC振荡器。（3）开关作用 三种工作状态：放大 截止开关,第二代电子计算机,三集成电路（IC）,1952年，英国的达默提出集成化设想 1958年9月日，美德克萨斯仪器公司（TXAS）工程师杰克基尔比（Jack kilby）发明了集成电路，第一个IC是安置在锗晶片上的电路相移振荡 7/161/16英寸,它包含有只晶体管、只电阻器和只电容器，全部元器件都做在
7、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曲别针。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。2000年，基尔比退体多年后，获诺贝尔 奖IC的第一个商品是助听器，1963年12月。,1958年德州仪器(TI)公司的Jack Kilby 发明了第一个集成电路，但那仅是一个用独立晶体管精密焊接而成却无法量产的集成电路理论模型。1959 年，当时身在仙童公司的Bob Noyce 发明了第一个真正意义上的平面集成电路，并于1961年实现量产。,杰克基尔比（Jack kilby）,杰克基尔比的IC,第一个基于锗的IC,诺伊斯发明的基于硅的IC,Intel创始人
8、诺伊思（中）、摩尔（右）,第一台集成电路电子计算机IBM360,四 大规模，超大规模集成电路,1960年代平面工艺。1970年，通用微电子与通用仪器公司，开发MOS集成电路。（MOS金属，氧化物，半导体。）集成度高，低功耗，制作简单，成为IC发展方向。1965年 摩尔（Gordon Moore）总结出“摩尔定律”，每18个月集成度提高一倍.1971年11月，第一个微处理器（CPU）Intel 4004，含3300个晶体管，1990年。奔腾CPU，含14万以上。,半导体存储器的进展：1965，施密特，MOS、ROM、存储器1963INTEL公司，256位1970，1K位 1986，1M位，（1.
9、2m）1974，4K位，（10m）1989，4M位，（0.8m）1976，16K位，（5m）1998，256M位，（0.25m）1979，64K位，（3m）2001，1G位（1000M）1983，256K位，（1.5m）2010 64G（理论极限256G）,摩尔（Gordon Moore）,Intel4004 CPU,上:1970年1Kb下:2002年1Gb,1962年 12个元件的集成块*1965年初 近100个元件的集成块（SSI小 规模集成电路）*1965年底 100-1000个（MSI中规模集成电 路）；*1971年 1000-10万个（LSI大规模集成电 路）*1978年 10万-100万个/30mm2（VSLI超大 规模集成电路）90年代 1亿个以上（ULSI极大规模集成 电路）；*20世纪末 突破10亿个（GLSI巨大规模集 成电路）。,特征尺寸,右:Intel 酷睿2 双核处理器2.83GHz，45nm，晶体管8.2亿个,
