芯片里面的几千万的晶体管是怎么装进去的？（详细、多图）-微众圈
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芯片里面的几千万的晶体管是怎么装进去的？（详细、多图）
摘自公众号：发布时间： 20:08:41
首先感谢原文作者，来自知乎的“呆涛”原文标题《芯片里面有几千万的晶体管是怎么实现的？》要想造个芯片, 首先, 你得画出来一个长这样的玩意儿给Foundry (外包的晶圆制造公司)(此处担心有版权问题… 毕竟我也是拿别人钱干活的苦逼phd… 就不放全电路图了… 大家看看就好， 望理解！）再放大...我们终于看到一个门电路啦! 这是一个NAND Gate(与非门), 大概是这样:A, B 是输入, Y是输出. 其中蓝色的是金属1层, 绿色是金属2层, 紫色是金属3层, 粉色是金属4层... 那晶体管(更正, 题主的&晶体管& 自199X年以后已经主要是 MOSFET, 即场效应管了 ) 呢?仔细看图, 看到里面那些白色的点吗? 那是衬底, 还有一些绿色的边框? 那些是Active Layer (也即掺杂层.)然后Foundry是怎么做的呢? 大体上分为以下几步: 首先搞到一块圆圆的硅晶圆, (就是一大块晶体硅, 打磨的很光滑, 一般是圆的)图片按照生产步骤排列. 但是步骤总结单独写出. 1、湿洗 (用各种试剂保持硅晶圆表面没有杂质)2、光刻 (用紫外线透过蒙版照射硅晶圆, 被照到的地方就会容易被洗掉, 没被照到的地方就保持原样. 于是就可以在硅晶圆上面刻出想要的图案. 注意, 此时还没有加入杂质, 依然是一个硅晶圆. ) 3、 离子注入 (在硅晶圆不同的位置加入不同的杂质, 不同杂质根据浓度/位置的不同就组成了场效应管.)4.1、干蚀刻 (之前用光刻出来的形状有许多其实不是我们需要的,而是为了离子注入而蚀刻的. 现在就要用等离子体把他们洗掉, 或者是一些第一步光刻先不需要刻出来的结构, 这一步进行蚀刻). 4.2、湿蚀刻 (进一步洗掉, 但是用的是试剂, 所以叫湿蚀刻).--- 以上步骤完成后, 场效应管就已经被做出来啦~ 但是以上步骤一般都不止做一次, 很可能需要反反复复的做, 以达到要求. ---5、等离子冲洗 (用较弱的等离子束轰击整个芯片)6、热处理, 其中又分为: 6.1、快速热退火 (就是瞬间把整个片子通过大功率灯啥的照到1200摄氏度以上, 然后慢慢地冷却下来, 为了使得注入的离子能更好的被启动以及热氧化)6.2、退火6.3、热氧化 (制造出二氧化硅, 也即场效应管的栅极(gate) )7、化学气相淀积(CVD), 进一步精细处理表面的各种物质8、物理气相淀积 (PVD), 类似, 而且可以给敏感部件加coating9、分子束外延 (MBE) 如果需要长单晶的话就需要这个..10、电镀处理11、化学/机械 表面处理然后芯片就差不多了, 接下来还要: 12、晶圆测试13、晶圆打磨就可以出厂封装了.我们来一步步看:就可以出厂封装了.我们来一步步看: 1、上面是氧化层, 下面是衬底(硅) -- 湿洗2、一般来说, 先对整个衬底注入少量(10^10 ~ 10^13 / cm^3) 的P型物质(最外层少一个电子), 作为衬底 -- 离子注入3、先加入Photo-resist, 保护住不想被蚀刻的地方 -- 光刻4、上掩膜! (就是那个标注Cr的地方. 中间空的表示没有遮盖, 黑的表示遮住了.) -- 光刻5、紫外线照上去... 下面被照得那一块就被反应了 -- 光刻6、撤去掩膜. -- 光刻7、把暴露出来的氧化层洗掉, 露出硅层(就可以注入离子了) -- 光刻8、把保护层撤去. 这样就得到了一个准备注入的硅片. 这一步会反复在硅片上进行(几十次甚至上百次). -- 光刻9、然后光刻完毕后, 往里面狠狠地插入一块少量(10^14 ~ 10^16 /cm^3) 注入的N型物质就做成了一个N-well (N-井) -- 离子注入10、用干蚀刻把需要P-well的地方也蚀刻出来. 也可以再次使用光刻刻出来. -- 干蚀刻11、上图将P-型半导体上部再次氧化出一层薄薄的二氧化硅. -- 热处理12、用分子束外延处理长出的一层多晶硅， 该层可导电 -- 分子束外延13、进一步的蚀刻, 做出精细的结构. (在退火以及部分CVD) -- 重复3-8光刻 + 湿蚀刻13 进一步的蚀刻, 做出精细的结构. (在退火以及部分CVD) -- 重复3-8光刻 + 湿蚀刻14、再次狠狠地插入大量(10^18 ~ 10^20 / cm^3) 注入的P/N型物质, 此时注意MOSFET已经基本成型. -- 离子注入15、用气相积淀 形成的氮化物层 -- 化学气相积淀16、将氮化物蚀刻出沟道 -- 光刻 + 湿蚀刻17、物理气相积淀长出 金属层 -- 物理气相积淀18、将多余金属层蚀刻. 光刻 + 湿蚀刻重复 17-18 长出每个金属层哦对了... 最开始那个芯片, 大小大约是1.5mm x 0.8mm啊~~ 找到一本关于光刻的书, 更新一下, 之前的回答有谬误.. 书名: && IC Fabrication Technology && By BOSE细说一下光刻. 题主问了: 小于头发丝直径的操作会很困难, 所以光刻(比如说100nm)是怎么做的呢? 比如说我们要做一个100nm的门电路(90nm technology), 那么实际上是这样的:这层掩膜是第一层, 大概是10倍左右的Die Size有两种方法制作: Emulsion Mask 和 Metal MaskEmulsion Mask: 这货分辨率可以达到 2000line / mm (其实挺差劲的... 所以sub-micron ,也即um级别以下的 VLSI不用... )这货分辨率可以达到 2000line / mm (其实挺差劲的... 所以sub-micron ,也即um级别以下的 VLSI不用... )制作方法: 首先: 需要在Rubylith (不会翻译...) 上面刻出一个比想要的掩膜大个20倍的形状 (大概是真正制作尺寸的200倍), 这个形状就可以用激光什么的刻出来, 只需要微米级别的刻度.然后: 给!它!照!相! , 相片就是Emulsion Mask! 给!它!照!相! , 相片就是Emulsion Mask! 如果要拍的&照片&太大, 也有分区域照的方法. Metal Mask: 制作过程: 1、先做一个Emulsion Mask, 然后用Emulsion Mask以及我之前提到的17-18步做Metal Mask! 瞬间有种Recursion的感觉有木有!!!2、Electron beam: 大概长这样制作的时候移动的是底下那层. 电子束不移动. 就像打印机一样把底下打一遍. 好处是精度特别高, 目前大多数高精度的(&100nm技术)都用这个掩膜. 坏处是太慢... 做好掩膜后: Feature Size = k*lamda / NAk一般是0.4, 跟制作过程有关; lamda是所用光的波长; NA是从芯片看上去, 放大镜的倍率. 以目前的技术水平, 这个公式已经变了, 因为随着Feature Size减小, 透镜的厚度也是一个问题了Feature Size = k * lamda / NA^2 恩.. 所以其实掩膜可以做的比芯片大一些. 至于具体制作方法, 一般是用高精度计算机探针 + 激光直接刻板. Photomask(掩膜) 的材料选择一般也比硅晶片更加灵活, 可以采用很容易被激光汽化的材料进行制作.
这个光刻的方法绝壁是个黑科技一般的点! 直接把Lamda缩小了一个量级, With no extra cost! 你们说吼不吼啊!
Food for Thought: Wikipedia上面关于掩膜的版面给出了这样一幅图, 假设用这样的掩膜最后做出来会是什么形状呢? 于是还没有人理Food for thought... 附图的步骤在每幅图的下面标注, 一共18步.最终成型大概长这样:其中, 步骤1-15 属于 前端处理 (FEOL), 也即如何做出场效应管步骤16-18 (加上许许多多的重复) 属于后端处理 (BEOL) , 后端处理主要是用来布线. 最开始那个大芯片里面能看到的基本都是布线! 一般一个高度集中的芯片上几乎看不见底层的硅片, 都会被布线遮挡住.
SOI (Silicon-on-Insulator) 技术: 传统CMOS技术的缺陷在于: 衬底的厚度会影响片上的寄生电容, 间接导致芯片的性能下降. SOI技术主要是将 源极/漏极 和 硅片衬底分开, 以达到(部分)消除寄生电容的目的.传统: SOI: 制作方法主要有以下几种(主要在于制作硅-二氧化硅-硅的结构, 之后的步骤跟传统工艺基本一致.)1. 高温氧化退火:在硅表面离子注入一层氧离子层等氧离子渗入硅层, 形成富氧层高温退火成型.或者是2. Wafer Bonding(用两块! )不是要做夹心饼干一样的结构吗? 爷不差钱! 来两块! 来两块! 对硅2进行表面氧化对硅2进行氢离子注入对硅2进行氢离子注入翻面将氢离子层处理成气泡层将氢离子层处理成气泡层切割掉多余部分切割掉多余部分成型! + 再利用光刻离子注入离子注入微观图长这样:再次光刻+蚀刻撤去保护, 中间那个就是Fin撤去保护, 中间那个就是Fin门部位的多晶硅/高K介质生长门部位的多晶硅/高K介质生长门部位的氧化层生长门部位的氧化层生长长成这样源极 漏极制作(光刻+ 离子注入)初层金属/多晶硅贴片蚀刻+成型物理气相积淀长出表面金属层(因为是三维结构, 所有连线要在上部连出)机械打磨(对! 不打磨会导致金属层厚度不一致)成型! 成型! 连线大概就是酱紫... 大部分附图, 来自AnandTech | An Introduction to Semiconductor Physics, Technology, and Industry
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为什么你需要知道中国科学家开发出了碳基晶体管
碳纳米晶体管性能已超硅晶体管。早晨醒来第一件事（或任何时候）是不是拿手机看时间或看有没有错过电话短信微信等等刷存在感？如果是，请继续看下去。以下设备你用过多少种？手机、电脑/笔记本/平板电脑、机顶盒、电视机、打印机、微波炉、电热水壶、洗衣机、冰箱、电子门禁、智能卡（比如智能公交卡、银行借记卡/信用卡）、电梯、地铁。如果答案不是零，你就应该知道，这些设备有一个共同点：芯片是它们的核心或重要组件。并且，以上还只是一部分需要用到芯片的设备而已，并不是全部。——在我们有所觉察以前，芯片已经无处不在。如果说钢铁是工业时代的基石，那么信息时代的基石就是半导体材料，这是芯片的核心。因此，早在1990年代，中国就试图打造属于自己的芯片产业，但由于投资分散于130个加工厂、横跨15省，一直未能形成协调的产业链。20余年后，进入21世纪第二个十年，由国务院牵头，工信部、科技部、财政部、发改委这四大部委协作制定新的发展规划和政策，决心振兴芯片产业。与此前不同，这次参与规划的除了国家部委，还有产业内的龙头企业，并由国务院副总理马凯挂帅。2014年6月，《国家集成电路产业发展推进纲要》（以下简称《纲要》）发布，集成电路产业作为信息技术产业的核心，被定义为支撑经济社会发展和保障国家安全的战略性、基础性和先导性产业，9月，国家集成电路产业投资基金成立，首期规模达到1200亿元。为避免之前产业结构不成体系的的问题，此次政府明确了要聚焦于半导体产业各个环节（设计，生产，加工，组装，测试），并在每个环节培育龙头企业。例如，中芯国际在北京经济技术开发区建立300mm生产线，由北京市经信委、中科院微电子所和北京市政府共同投资12亿美元。对于中国半导体产业，这是一个好的时代，也是一个坏的时代。好的方面是，2015年，中国集成电路销售收入接近3600亿元，超过《纲要》的3500亿元目标。中国已经成为世界最大半导体消费国，购买全球约45%的芯片，用于本国或出口的各类设备。因而跨国集团（从汽车，到工业控制，到生产设备）愿意较以往更多地在华设立设计中心，贴近用户并更多地雇佣中国本地高水平研发人员。而随着设计中心向中国迁移，中国很快就能影响全世界50%的半导体硬件设计。更重要的是，当国际著名半导体生产企业，比如三星、台积电、德州仪器等，陆续在中国建厂，中国就有机会借助它们理顺自己的上下游产业链，使本地企业，比如上海华力微电子集团、中芯国际、武汉新芯等，均能从这样一个国际水平高科技生态圈获益。坏的方面是，中国每年芯片消耗量巨大，且其中超过90%依赖进口。美国《财富》杂志今年2月报道，美国半导体三巨头，、高通、苹果，依旧占据3400亿美元半导体年销量的一半。路人皆知他们这一巨大优势在很大程度上源于他们掌握最先进的技术，但中国也有一个现象间接有利于他们维持优势地位：由于中国市场巨大，近年扩张速度快，且技术门槛较低，中国原始设备制造商（OEM）往往不愿意在技术创新上花力气，更多地只看本土市场的销售；数据显示，2012年，中国OEM有54%产品是全新设计的，到了2016年，这一数据下降至28%，而同期为国际市场设计的产品比例也保持在较低的30%左右，这不是一个好的长期战略。在中国，尽管外资OEM和本土OEM的研发资金从2012年的1630亿美元增至2015年的2280亿美元，但麦肯锡2017年报告指出，这主要投入在IT和高科技产业的系统级研发和终产品设计（例如手机整机），作为制胜关键的最基本元器件研发没有得到足够重视。技术水平继续落后世界领先水平5到6年。2017年初，北京大学彭练矛教授领导的团队发表在科研界顶级期刊《科学》上的一项结果，证明中国人有能力扭转这一现状：他们用新材料（碳纳米管）制造出芯片的最基本元器件——晶体管，其工作速度3倍于英特尔最先进的硅基商用器件，能耗却只有对方的25%，且其他重要性能指标也都占优。同时，由碳晶体管打造的小规模集成电路也体现出优于硅的性能，而晶体管的速度和能耗直接影响芯片的速度和能耗。如果将这一成果纳入国家战略，与国内在芯片设计及加工等各方面的龙头企业合作，联手开发碳基芯片，那么，中国的芯片技术很可能实现换道超车。我们是这样分析的：成本方面，碳与硅同为地球上含量相当丰富的元素，若按质量算，碳的含量排第四位，硅排第八位，若按生产工艺算，碳基晶体管制备步骤仅为硅基晶体管的一半，碳基集成电路所需材料种类亦明显少于硅基集成电路，这两个特点均有助于降低生产成本，巩固碳作为芯片材料的优势。但有了换道超车的可能性只是一个起点，而尽管我们有了这样好的一个起点，我们也意识到了工程化的困难。工程化之难，举世公认，以至于从实验室到产品中间的这一环节得到了“死亡谷”的外号。以英特尔为例，其在1968年成立之初，收到Arthur Rock （美国资深投资人，是他为风险投资命名）250万美元投资。在经历4年亏损之后，于1972年开始盈利，逐步走出死亡谷。回顾年代，恰是半导体产业的开端，销售单个晶体管都可以盈利，像英特尔这样由资深专家组建的公司尚且要花费四年时间才能开始盈利。时过境迁，如今的半导体行业竞争激烈，市场趋于饱和，利润被不断摊薄，麦肯锡分析，创业公司花个5年、10年甚至15年才开始盈利已是普遍现象。并且，由于过度竞争，造成投资回报率普遍低于投资人能接受的底线（8%）。因此，今天摆在我们面前的工程化死亡谷比起当年更具有挑战性，更加考验我们的决心。仍以英特尔为例，其从1968年创立到2015年的研发费用总计1257亿美元。要想达成英特尔如今的成就，我们还有很长的路要走，因此我们建议，整合国内企业和高校最先进的技术，共同解决芯片各个部分的开发。那么，在已然相当庞大的硅帝国面前，碳芯片如何起步、如何发展？首先，半导体产业近年出现一些重要变化，给碳芯片提供了机遇。从年，是美国半导体产业的黄金时代， SOX指数（反映美国半导体行业变化）曾一度三倍于S&P500指数，展现出半导体产业优于其他行业的竞争力。而从2008年到2014年，这优势消失，两大指数十分接近，主要原因是手机和计算机需求量下降。但自2015年以来物联网开始快速发展，创造出对各类传感器及相关芯片的巨大需求，极有可能重振芯片产业：在国际半导体产业联盟中，48%的成员认为物联网将是未来推动本产业排位前三甲的强大驱动力，17%的成员将其列为第一驱动力。同时，物联网要用到的传感器中的芯片，其结构较计算机和手机芯片要简单得多，并且，这是一个全新的市场，固化尚未出现。具体到技术层面，物联网行业最需要的创新在于更低的能耗和更长的电池寿命，因为更长的待机时间可以激发更多的需求和新的功能，而低能耗恰是碳芯片最厉害的特长之一。从以上分析可见，物联网传感器芯片正适合成为碳芯片的切入点。举例：彭教授的团队已在实验室实现了碳材料的医用传感器，可以检测血压心跳和血糖等生化指标，由于碳材料与人体存在高兼容性，且具有良好的柔韧性，这种传感器可以完美贴合在皮肤上，而且可以做得很薄，让人感觉不到它的存在，不会有异物感。这种传感器同样可以用于健身手环（fitness tracker），其低功耗可以显著延长手环续航时间。再举例：碳材料可以感光，用在夜视装备上可以达到极高的清晰度，且对不发热的物体也能成像，远胜于红外热像仪，还可以在浓雾中成像，这使它在汽车辅助驾驶系统中大有用武之地，以及打造最适合智慧城市的监控摄像头。目前彭教授的团队已在开发这项技术并取得重要进展。重点是，在当今物联网创造的六大市场中（可穿戴智能传感器，智能家庭应用，医疗电子，工业自动化，汽车辅助驾驶，智慧城市），碳材料已经确定可以切入其中四个。大数据时代对数据中心的大量需求也是碳材料的切入点，因为碳材料存储器功耗低，将显著减小数据中心的巨额散热费用。此外，NAND存储器的3D化架构也是碳材料的优势之一。不过这个方向或许不是很理想，因为存储器行业一直存在供给过剩，大幅挤压了利润空间。随着行业从25nm结点向20nm结点迈进，新一波的产能过剩已经开始。长久以来，整个半导体产业（芯片、存储器等等）遵循摩尔定律，不断缩小晶体管尺寸以提升性能，创造新的产品，已经打造出一个年收入（税前，利息前）2500亿美元的产业生态，包括芯片等半导体设备生产及相关的产业（例如芯片加工设备）。随着摩尔定律即将到达终点，晶体管尺寸不能再缩小（已经达到物理极限），整个生态圈所有的环节就面临另谋出路的问题：过去，半导体企业争的是更高的性能和更快的技术升级，现在低成本成为区分成败的标尺。这里再次提出碳材料的第三大优势——低成本，可以认为，谁先掌握碳芯片技术，谁就可能在新一轮角逐中胜出。反观近年来中国的半导体技术快速升级，主要靠巨额收购，但这种方法并不能带来最新的技术。中国的汽车工业就是前车之鉴，强制外资车企与本地车企共享技术，结局却是国内车企严重依赖外资。2016年美韩等国相继出台政策法规阻止中国收购半导体核心技术，使收购之路更加行不通。一个可资借鉴的例子是韩国三星如何从后赶上、一路发展成为现在具备芯片加工能力的三大顶级企业之一，他们靠的就是巨额研发投入外加人才引进，还有坚韧的耐心度过漫长的低收入阶段。也许有人认为，用过时技术也能制造出某些芯片来满足国内市场需求（还要结合限制进口才能实现），但这不能让我们在国际市场上形成竞争力。要记住，如同《经济学人》所说，半导体是这样一个行业：排名第一第二的公司攫取全部利益，其他公司全部亏损。关于碳基芯片的研发要不要走工程化环节、还是说停留在实验室阶段就算了，彭教授自己说了这样一番话：若说看不到追赶国际先进企业的路也就罢了，现在已经看得见前面有亮光，只是不确定循着亮光走下去这路会不会很崎岖、很漫长，然而如果就此停步，真是我们想要的吗？——回想工业时代我们的前辈那么努力要摆脱钢铁的对外依存度，等到进入信息时代，我们反而不介意集成电路继续依赖进口么？参考文献1. Chips on their shoulders, The Economists, Jan 23rd 20162. Gordon Orr and Christopher Thomas, Semiconductors in China: Brave new world or same old story?, Mckinsey, Aug 20143. Robert Hackett, China’s Big Play for Small Chips, Fortune, Feb 23rd 20174. Thierry Chesnais and Christopher Thomas, How semiconductor companies can win in China’s new product-development landscape, Mckinsey, Mar 20175. Intel Cooperation financial statements, Intel, 6. Mckinsey on semiconductors, Mckinsey, 2015
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半导体芯片封装之贴片键合概述-聂仁勇
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3秒自动关闭窗口&人类历史上第一个晶体管问世&　　（英语：transistor）是一种固体器件，可以用于放大、开关、稳压、信号调制和许多其他功能。晶体管被认为是现代历史中最伟大的发明之一，在重要性方面可以与，和等的发明相提并论。　　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（Emitter）、 （Base） 和（Collector）； 场效应晶体管的三个极，分别是源极（Source）、栅极（Gate）和漏极（Drain）。　　在模拟电路中，晶体管用于、音频放大器、射频放大器、稳压电路；在计算机电源中，主要用于电源。晶体管也应用于，主要功能是当成电子开关。数字电路包括、随机存取内存 （） 和微处理器。晶体管在使用上有许多要注意的最大额定值，像是最大电压、最大、最大等，在超额的状态下使用，晶体管内部的结构会被破坏。晶体管在电路最常用的用途是属于讯号放大这一方面，其次是阻抗匹配、讯号转换等，晶体管在电路中是个很重要的，许多精密的组件主要都是由晶体管制成的。　　基本原理&　　NPN 顺向主动工作区：BE接面顺向， Vbe & 0.7V,BC接面逆向 Vbc & 0.5V。顺向接面会有扩散电流，空乏区小；而逆向接面会有漂移电流，空乏区大。空乏区内只有游离的杂质离子；载子进入后不久后会游离，在补充了游离载子同时，另一端已经游离载子则会离开空乏区，以保持空乏区是电中性。Ie电流大部分流过Ic，少部分由Ib流出。命名&　　彩显中使用的晶体管主要有、晶体三极管、可控硅和场效应管等等，其中最常用的是三极管和二极管两种。三极管以符号BG（旧）或（T）表示，二极管以D表示。　　按制作材料分，晶体管可分为和两种。　　按分，三极管有和 两种，而二极管有P型和N型之分。多数国产管用xxx表示，其中每一位都有特定含义：如 3 A X 31，第一位3代表三极管，2代表二极管。第二位代表材料和极性。A代表PNP型锗材料；B代表NPN型锗材料；C为PNP型硅材料；D为NPN型硅材料。第三位表示用途，其中X代表低频小功率管；D代表低频大功率管；G代表高频小功率管；A代表高频大功率管。最后面的数字是产品的序号，序号不同，各种指标略有差异。注意，二极管同三极管第二位意义基本相同，而第三位则含义不同。对于二极管来说，第三位的P代表检波管；W代表稳压管；Z代表整流管。上面举的例子，具体来说就是PNP型锗材料低频小功率管。对于进口的三极管来说，就各有不同，要在实际使用过程中注意积累资料。　　常用的进口管有的90xx、80xx系列，欧洲的2Sx系列，在该系列中，第三位含义同国产管的第三位基本相同。　　晶体管是内部含有两个PN结，外部通常为三个引出电极的半导体器件。它对电信号有放大和开关等作用，应用十分广泛。　种类NPN型晶体管示意图　　晶体管有多种分类方法。　　按半导体材料和极性分类　　按晶体管使用的半导体材料可分为和管。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。　　按结构及制造工艺分类　　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。　　按电流容量分类　　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。　　按工作频率分类　　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。　　按封装结构分类　　晶体管按封装结构可分为金属封装（简称金封）晶体管、塑料封装（简称塑封）晶体管、玻璃壳封装（简称玻封）晶体管、表面封装（片状）晶体管和陶瓷封装晶体管等。其封装外形多种多样。　　按功能和用途分类　　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、、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。　　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。电流放大系数　　也称电流放大倍数，用来表示晶体管放大能力。　　根据晶体管工作状态的不同，电流放大系数又分为直流电流放大系数和交流电流放大系数。　　1.直流电流放大系数& 直流电流放大系数也称静态电流放大系数或直流放大倍数，是指在静态无变化信号输入时，晶体管集电极电流IC与基极电流IB的比值，一般用hFE或β表示。　　2.交流电流放大系数& 交流电流放大系数也称动态电流放大系数或交流放大倍数，是指在交流状态下，晶体管集电极电流变化量△IC与基极电流变化量△IB的比值，一般用hfe或β表示。　　hFE或β既有区别又关系密切，两个参数值在低频时较接近，在高频时有一些差异。　　耗散功率　　也称集电极最大允许耗散功率PCM，是指晶体管参数变化不超过规定允许值时的最大集电极耗散功率。　　耗散功率与晶体管的最高允许结温和集电极最大电流有密切关系。晶体管在使用时，其实际功耗不允许超过PCM值，否则会造成晶体管因过载而损坏。　　通常将耗散功率PCM小于1W的晶体管称为小功率晶体管，PCM等于或大于1W、小于5W的晶体管被称为中功率晶体管，将PCM等于或大于5W的晶体管称为大功率晶体管。　　频率特性PNP型?NPN型晶体管回路记号&　晶体管的电流放大系数与工作频率有关。若晶体管超过了其工作频率范围，则会出现放大能力减弱甚至失去放大作用。　　晶体管的频率特性参数主要包括特征频率fT和最高振荡频率fM等。　　1.特征频率fT& 晶体管的工作频率超过截止频率fβ或fα时，其电流放大系数β值将随着频率的升高而下降。特征频率是指β值降为1时晶体管的工作频率。　　通常将特征频率fT小于或等于3MHZ的晶体管称为低频管，将fT大于或等于30MHZ的晶体管称为高频管，将fT大于3MHZ、小于30MHZ的晶体管称为中频管。　　2.最高振荡频率fM& 最高振荡频率是指晶体管的功率增益降为1时所对应的频率。　　通常，高频晶体管的最高振荡频率低于共基极截止频率fα，而特征频率fT则高于共基极截止频率fα、低于共集电极截止频率fβ。　集电极最大电流ICM　　集电极最大电流是指晶体管集电极所允许通过的最大电流。当晶体管的集电极电流IC超过ICM时，晶体管的β值等参数将发生明显变化，影响其正常工作，甚至还会损坏。　最大反向电压　　最大反向电压是指晶体管在工作时所允许施加的最高工作电压。它包括集电极—发射极反向击穿电压、集电极—基极反向击穿电压和发射极—基极反向击穿电压。　　1.集电极—发射极反向击穿电压& 该电压是指当晶体管基极开路时，其集电极与发射极之间的最大允许反向电压，一般用VCEO或BVCEO表示。　　2.集电极—基极反向击穿电压& 该电压是指当晶体管发射极开路时，其集电极与基极之间的最大允许反向电压，用VCBO或BVCBO表示。　　3.发射极—基极反向击穿电压& 该电压是指当晶体管的集电极开路时，其发射极与基极与之间的最大允许反向电压，用VEBO或BVEBO表示。　反向电流　　晶体管的反向电流包括其集电极—基极之间的反向电流ICBO和集电极—发射极之间的反向击穿电流ICEO。　　1.集电极—基极之间的反向电流ICBO& ICBO也称集电结反向漏电电流，是指当晶体管的发射极开路时，集电极与基极之间的反向电流。ICBO对温度较敏感，该值越小，说明晶体管的温度特性越好。　　2.集电极—发射极之间的反向击穿电流ICEO& ICEO是指当晶体管的基极开路时，其集电极与发射极之间的反向漏电电流，也称穿透电流。此电流值越小，说明晶体管的性能越好。　　种类介绍　电力晶体管　　电力晶体管按英文Giant Transistor直译为巨型晶体管，是一种耐高电压、大电流的双极结型晶体管（Bipolar Junction Transistor—BJT），所以有时也称为Power BJT；其特性有：耐压高，电流大，开关特性好，但驱动电路复杂，驱动功率大；GTR和普通双极结型晶体管的工作原理是一样的。光晶体管　　光晶体管（phototransistor）由双极型晶体管或场效应晶体管等三端器件构成的光电器件。光在这类器件的有源区内被吸收，产生光生载流子，通过内部电放大机构，产生光电流增益。光晶体管三端工作，故容易实现电控或电同步。光晶体管所用材料通常是砷化镓（CaAs），主要分为双极型光晶体管、场效应光晶体管及其相关器件。双极型光晶体管通常增益很高，但速度不太快，对于GaAs-GaAlAs，放大系数可大于1000，响应时间大于纳秒，常用于光探测器，也可用于光放大。场效应光晶体管响应速度快（约为50皮秒），但缺点是光敏面积小，增益小（放大系数可大于10），常用作极高速光探测器。与此相关还有许多其他平面型光电器件，其特点均是速度快（响应时间几十皮秒）、适于集成。这类器件可望在光电集成中得到应用。　　双极晶体管　　双极晶体管（bipolar transistor）指在音频电路中使用得非常普遍的一种晶体管。双极则源于电流系在两种半导体材料中流过的关系。双极晶体管根据工作电压的极性而可分为NPN型或PNP型。　双极结型晶体管　　双极结型晶体管（Bipolar Junction Transistor—BJT）又称为三极管，它是通过一定的工艺将两个PN结结合在一起的器件，有PNP和NPN两种组合结构；外部引出三个极：集电极，发射极和基极，集电极从集电区引出，发射极从发射区引出，基极从基区引出（基区在中间）；BJT有放大作用，重要依靠它的发射极电流能够通过基区传输到达集电区而实现的，为了保证这一传输过程，一方面要满足内部条件，即要求发射区杂质浓度要远大于基区杂质浓度，同时基区厚度要很小，另一方面要满足外部条件，即发射结要正向偏置（加正向电压）、集电结要反偏置；BJT种类很多，按照频率分，有高频管，低频管，按照功率分，有小、中、大功率管，按照半导体材料分，有硅管和锗管等；其构成的放大电路形式有：共发射极、共基极和共集电极放大电路。　场效应晶体管　　（field effect transistor）利用工作的晶体管。英文简称FET。场效应就是改变外加垂直于半导体表面上电场的方向或大小，以控制半导体导电层（沟道）中多数载流子的密度或类型。它是由电压调制沟道中的电流，其工作电流是由半导体中的多数载流子输运。这类只有一种极性载流子参加导电的晶体管又称单极型晶体管。与双极型晶体管相比，场效应晶体管具有输入阻抗高、噪声小、极限频率高、功耗小，制造工艺简单、温度特性好等特点，广泛应用于各种放大电路、数字电路和微波电路等。以硅材料为基础的金属氧化物半导体场效应管（MOSFET）和以砷化镓材料为基础的肖特基势垒栅场效应管（MESFET）是两种最重要的场效应晶体管，分别为MOS大规模集成电路和MES超高速集成电路的基础器件。　　静电感应晶体管　　SIT（Static Induction Transistor）诞生于1970年，实际上是一种结型场效应晶体管。将用于信息处理的小功率SIT器件的横向导电结构改为垂直导电结构，即可制成大功率的SIT器件。SIT是一种多子导电的器件，其工作频率与电力MOSFET相当，甚至超过电力MOSFET，而功率容量也比电力MOSFET大，因而适用于高频大功率场合，目前已在雷达通信设备、超声波功率放大、脉冲功率放大和高频感应加热等某些专业领域获得了较多的应用。　　但是SIT在栅极不加任何信号时是导通的，栅极加负偏压时关断，这被称为正常导通型器件，使用不太方便。此外，SIT通态电阻较大，使得通态损耗也大，因而SIT还未在大多数电力电子设备中得到广泛应用。　　单电子晶体管　　用一个或者少量电子就能记录信号的晶体管。随着半导体刻蚀技术和工艺的发展，大规模集成电路的集成度越来越高。以动态随机存储器（DRAM） 为例，它的集成度差不多以每两年增加四倍的速度发展，预计单电子晶体管将是最终的目标。目前一般的存储器每个存储元包含了20万个电子，而单电子晶体管每个存储元只包含了一个或少量电子，因此它将大大降低功耗，提高集成电路的集成度。1989年斯各特（J.H. F.Scott-Thomas）等人在实验上发现了库仑阻塞现象。在调制掺杂异质结界面形成的二维电子气上面，制作一个面积很小的金属电极，使得在二维电子气中形成一个量子点，它只能容纳少量的电子，也就是它的电容很小，小于一个？F （10~15法拉）。当外加电压时，如果电压变化引起量子点中电荷变化量不到一个电子的电荷，则将没有电流通过。直到电压增大到能引起一个电子电荷的变化时，才有电流通过。因此电流-电压关系不是通常的直线关系，而是台阶形的。这个实验在历史上第一次实现了用人工控制一个电子的运动，为制造单电子晶体管提供了实验依据。为了提高单电子晶体管的工作温度，必须使量子点的尺寸小于10纳米，目前世界各实验室都在想各种办法解决这个问题。有些实验室宣称已制出室温下工作的单电子晶体管，观察到由电子输运形成的台阶型电流——电压曲线，但离实用还有相当的距离。　　绝缘栅双极晶体管　　（Insulate-Gate Bipolar Transistor—IGBT）综合了（Giant Transistor—GTR）和（Power MOSFET）的优点，具有良好的特性，应用领域很广泛；IGBT也是三端器件：栅极，集电极和发射极。　重要性　　晶体管被认为是现代历史中最伟大的发明之一，在重要性方面可以与印刷术，汽车和电话等的发明相提并论。晶体管实际上是所有现代电器的关键主动（active）元件。晶体管在当今社会的重要性主要是因为晶体管可以使用高度自动化的过程进行大规模生产的能力，因而可以不可思议地达到极低的单位成本。　　虽然数以百万计的单体晶体管还在使用，绝大多数的晶体管是和二极管，电阻器，电容器一起被装配在微芯片（芯片）上以制造完整的电路。模拟的或数字的或者这两者被集成在同一颗芯片上。设计和开发一个复杂芯片的生产成本是相当高的，但是当分摊到通常百万个生产单位上，每个的价格就是最小的。一个逻辑门包含20个晶体管，而2005年一个高级的微处理器使用的晶体管数量达2.89亿个。　　晶体管的成本，灵活性和可靠性使得其成为非机械任务的通用器件，例如数字计算。在控制电器和机械方面，晶体管电路也正在取代电机设备，因为它通常是更便宜，更有效地仅仅使用标准集成电路并编写计算机程序来完成同样的机械任务，使用电子控制，而不是设计一个等效的机械控制。　　因为晶体管的低成本和后来的，信息的浪潮来到了。由于计算机提供快速的查找、分类和处理数字信息的能力，在信息数字化方面投入了越来越多的精力。今天的许多媒体是通过电子形式发布的，最终通过计算机转化和呈现为模拟形式。受到数字化革命影响的领域包括电视，广播和报纸。　　历史年表&1947年，贝尔实验室发明晶体管。　日：（William Shockley）、（John Bardeen）和（Walter Brattain）成功地在制造出第一个晶体管。　　1950年：开发出双极晶体管（Bipolar Junction Transistor），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。　　日：第一台晶体管收音机Regency TR1投入市场，仅包含4只锗晶体管。　　日：第一个集成电路专利被授予（Robert Noyce）。最初的晶体管对和而言已经足够，但是新的电子设备要求规格更小的晶体管，即。　　1965年：诞生。当时，（Gordon Moore）预测，未来一个上的晶体管数量大约每年翻一倍（10年后修正为每两年），在Electronics Magazine杂志一篇文章中公布。　　1968年7月：和从仙童（Fairchild）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（integrated electronics）”的缩写。　　1969年：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规格为1/8英寸 x 1/16英寸，包含仅2000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2.9万个晶体管。　　1978年：英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IBM PC的中枢大脑。16位8088处理器为8086的改进版，含有2.9万个晶体管，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，《（Forture）》杂志将英特尔公司评为“七十大商业奇迹之一（Business Triumphs of the Seventies）”。　　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12.5MHz。　　1985年：英特尔386微处理器问世，含有27.5万个晶体管，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：问世，含有3百万个晶体管，采用英特尔0.8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0.25微米制程技术生产。　　2002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0.13微米制程技术生产，含有5500万个晶体管。　　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，高速铜质接头和新型低-k介质材料。这是业内首次在生产中采用应变硅。　　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0.13微米制程技术生产，包含7700万个晶体管。　　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2.3亿个晶体管，采用英特尔领先的90纳米制程技术生产。　　日：处理器发布，采用世界最复杂的产品设计，含有17.2亿个晶体管。该处理器采用英特尔90纳米制程技术生产。　　日：诞生。该处理器含有2.9亿多个晶体管，采用英特尔65纳米制程技术在世界最先进的几个实验室生产。　　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Penryn，是从英特尔酷睿微体系架构派生而出。　　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5.8亿多个晶体管。　　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(R)至强(R)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“墙”和开关“门”，研发代码Penryn。采用了这些先进的晶体管，已经生产出了英特尔45纳米微处理器。　　2010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。　　世界最小晶体管问世&英国研究人员展示其最小晶体管研究样本　　2010年，世界最小晶体管问世仅1个厚10个原子宽。　　日，报道，英国研究人员研制世界上最小的电子晶体管，其厚度为1个原子，直径10个原子。　　这项最新研制的新型电子晶体管比之前32纳米硅材料电子晶体管小3倍，英国曼彻斯特大学研究人员科斯特亚·诺沃舍罗夫说，“这种电子晶体管可用于任何半导体制造。”他和另一位合著作者将该研究报告发表在杂志上。　　电子晶体管形式的逻辑门可加强计算处理能力。根据摩尔定律，每隔18个月，集成电路上晶体管的数量将翻番，从而不断提升计算机性能。然而当前电子晶体管材料发展受限，只能采用硅作为材料。目前硅材料只能维持未来10年的摩尔定律发展。现在，最新研制的采用石墨烯（graphene）材料制成的电子晶体管或许可以使摩尔定律延续发展更久。　　这种由制成的晶体管是诺沃舍罗夫带领的研究小组于2004年研制发现的，该晶体管的厚度仅有1个原子，它是由错综复杂的石墨烯碳原子构成，具有很好的传导性能。　　当技术直径达到10纳米以下，将意味着采用硅作为晶体管的摩尔定律已发展到了尽头，硅将不再适合作为未来晶体管制成的首选材料。目前石墨烯正积极开发直径10纳米以下等级的晶体管，研究人员称他们最新研制尚未生产的石墨烯晶体管直径为1纳米宽。　　诺沃舍罗夫说，“从物理学观点来看，石墨烯就是一个。科学家可以对此研究很长时间。”研究人员使用标准半导体制作工艺研制了石墨烯晶体管，他们使用一小片石墨烯，并采用电子束平版印刷术雕刻出电路。在石墨烯片中心保留着一个带有微小圆笼（circular cage）的量子点，电压可以改变量子点的传导率，使它们像标准场效应晶体管的存储逻辑状态。　　目前硅晶体管的最小直径为20，诺沃舍罗夫称，该研究小组近期研制1纳米直径的石墨烯晶体管，这是迄今世界上最小的晶体管。　　诺沃舍罗夫强调指出，目前不可能生产大量的，以当前的技术只能生产100微米直径的石墨烯晶体，这一规格远小于Intel公司的工业生产标准。但是科学家认为批量生产石墨烯晶体技术在未来是可以实现的。他称，或许在未来几年就可以解决石墨烯晶体生产问题。
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