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晶体管（二）
2025-02-06
开关作用
控制大功率
能控制数百千瓦的功率，使用功率晶体管作为开关有很多优点，主要是；
(1)容易关断，所需要的辅助元器件少，
(2)开关迅速，能在很高的频率下工作，
(3)可得到的器件耐压范围从100V到700V，应有尽有．
直接工作在整流380V市电上的晶体管功率开关
晶体管复合(达林顿)和并联都是有效地增加晶体管开关能力的方法。
在这样的大功率电路中，存在的主要问题是布线。很高的开关速度能在很短的连接线上产生相当高的干扰电压。
简单和优化的基极驱动造就的高性能
基极驱动电路不仅驱动功率晶体管，还保护功率晶体管，称之为"非集中保护"（和集中保护对照）。集成驱动电路的功能包括：
(1)开通和关断功率开关；
(2)监控辅助电源电压；
(3)限制最大和最小脉冲宽度；
(4)热保护；
(5)监控开关的饱和压降。
历史事件
2024年8月，中国科学院金属研究所通过使用石墨烯等材料，发明了一种"受激发射"新型热载流子生成机制，并构建了"热发射极"晶体管，得到了一种既可以降低功耗又具有"负电阻"功能的晶体管 [6]。
2023年4月，北京大学电子学院彭练矛院士、邱晨光研究员团队研发出弹道二维硒化铟（InSe）晶体管，这是世界上迄今速度最快、能耗最低的二维半导体晶体管，其实际性能超过英特尔商用最先进的硅基晶体管。 [4]
2010年早些时候，三星公司曾宣布完成了30nm制程2Gb密度DDR3内存芯片的开发工作，而最近（7月）他们则宣布这款芯片产品已经进入批量生产阶段。
在2009年2月，Intel发布了新一代采用32nm制程的Westmere核心处理器，也就是第二代Nehalem架构处理器。
2007年11月，英特尔共发布了16款Penryn处理器，主要面向服务器和高端PC。这些产品采用了更先进的45纳米生产工艺，其中最复杂的一款拥有8.2亿个晶体管。英特尔上一代产品主要采用65纳米生产工艺，最复杂的一款处理器拥有5.82亿个晶体管。
2004年业界已采用超薄SOI晶圆推出0.1μm1亿个晶体管的高速CMOS电路。
2003年使用的90nm工艺又有了一些变化，同样除了线长和门长度的缩短以外，应变硅（Strainedsi）被首次引入了晶体管中以解决晶体管内部电流通路问题。
据统计，2003年单位芯片的晶体管数目与1963年相比增加了10亿倍。
2002年9月15日在美国硅谷举办的微处理器论坛上，世界芯片业霸主、美国英特尔公司表示，该公司将在2007年推出集成10亿个晶体管和运行速度高达6GHz电脑芯片，让世界芯片进入10亿晶体管时代，同时证明摩尔定律这棵发明理论之树常青。
2002年5月，IBM开发出速度远超过现在最先进的硅晶体管的碳纳米晶体管，实用化进程再次加速。
2001年9月25日，投资金额14．8亿美元的中芯国际集成电路制造（上海）有限公司，在上海张江高新科技园区举行了"中芯第一芯"投产庆典，庆祝第一片8英寸、0．25微米以下线宽（指芯片上晶体管之间的距离，越短则同一个芯片上可排列的晶体管越多，技术水平越高）的芯片上线生产。
2001年，贝尔实验室发明了世界上第一个分子级晶体管，从而成为继1947年发明，标志着通信和技术新时代到来的晶体管之后的又一个科学里程碑。
2001年7月18日，青岛晶体管实验所开岛城科研院所改制之先河：130名职工出资100万元将其买断，斯时，这个实验所在国有体制下经营了35年。
2001年6月，IBM宣布单个硅锗晶体管的工作频率达到210GHz，工作电流1mA，比上一代硅锗晶体管速度提高了80%，功耗降低了50%。
2001年，Avouris等人利用此法制造成功了世界上第一列碳纳米管晶体管1451。
2001年4月，IBM公司宣布世界上第一个碳纳米材料晶体管阵列，从而使"分子计算机"的理想开始走向现实。
2000年英特尔公司推出"奔腾4"处理器，运行速度高达1.5GHz，集成的晶体管数量高达4200万，每秒运算量高达15亿次。
2000年11月，容纳4200万个晶体管的奔腾4处理器的诞生，其卓越的创新使处理器技术跨入了第7代。
2000年12月，英特尔公司率先在业界开发出栅极长度为30nm的单晶体管；2001年6月，英特尔又将这一纪录提高到20nm；同年11月26日，英特尔宣布已开发出栅极长度仅为15nm的新型晶体管，同时单个晶体管的实际工作频率已经能达到2.63THz。
到了2000年，每个设计工程师进行新设计时的生产率为2683个晶体管/周，而采用IP进行设计其生产率约为30000个晶体管/周，效率提高非常明显，可以说IP重用是重要的生产力要素。
同时，毫米波功率晶体管可能在2000年前后转到小批量的试制生产。
2000年初，美国贝尔实验室开发出50nm向晶体管，该晶体管建在芯片表面，电流垂直流动，在晶体管的两个相对的面各有一个门，从而提高了运算速度。
例如，2000年中国从马来西亚进口的28.8亿美元的机电产品中，一半以上是显像管、晶体管和集成电路。
1999年初，全国各高空台站开始使用晶体管回答器。
1998年，国际商用机器公司托马斯·沃特森研究中心的费宗·阿武里斯和荷兰德尔夫特科技大学的塞斯·德克尔证实，单个碳纳米管具有晶体管功用。
自从1998年碳纳米管应用于制作室温下场效应晶体管以来，对碳纳米管制作纳米尺度的分子器件的研究得到了长足的发展。
据1998年2月26日《科技日报》的报导，美国桑迪亚国家实验室根据量子物理的基本原理制造出量子晶体管样管，较好地解决了批量生产的工艺问题。
1998年3月英特尔公司制成包含702亿个晶体管的集成电路芯片，这表明集成度这一微电子技术的重要指标在不到40年内便提高了7000万倍。
1997年，包含750万个晶体管的奔腾处理器面世。
1997年，Intel推出了包含750万个晶体管的奔腾处理器，这款新产品集成了IntelMMX媒体增强技术，专门为高效处理视频、音频和图形数据而设计。
在1997年，每个设计工程师进行新设计时的生产率为1100个晶体管/周，而采用IP模块进行设计的生产率为2100个晶体管/周。
我们试制了具有较高输入阻抗的晶体管放大器，1997年7月29日在主站端试用，结果激活了至周浜站的通道，连续数天的通信不中断。
微处理器技术另一个突破是芯片制造技术的革新，IBM于1997年9月22日宣布了用铜代替铝制造晶体管的新工艺，使电子线路体积更小，从而速度更快，效能更高。
1997年9月IBM公司宣布研制成功种铜鹜代铝制作晶体管的新生产工艺。
自1997年起经过各厂家、用户等有关部门的共同努力，目前全国绝大部分省局已经使用晶体管回答器。
1995年底开鲜的晶体管构造计划，于1996年6月，第一批产靛经测试是非常成功的。
1995年该厂上了两台单仓式晶体管高压静电除尘器，用在成品两台球磨机上。
1995年11月9日首先对其中一台晶体管励磁装置进行改造。
如索尼公司1995年掌握了晶体管方面的核心专长，生产出第一代晶体管收音机，体积小，每台标价仅29.95美元，做到了价廉物美，迅速占领了世界市场。
1994年初美国LSI公司研制成功集成度达900万个晶体管的逻辑芯片，0.5μm3V
日本松下公司最早用SMT制作10nm质量硅量子线，1994年在瑞士召开的国际纳米工程会议上，首次展示用STM探针制作的晶体管单元电路。
磁敏三极管
磁敏三极管由锗材料或硅材料制成。图是磁敏三极管的结构图。它是在高阻半导体材料i上制成N+-i－N+结构，在发射区的一侧用喷砂等方法破坏一层晶格，形成载流子高复合区r。元件采用平板结构，发射区和集电区设置在它的上、下表面。
判别及计算
判别基极和管子的类型
选用欧姆档的R*100（或R*1K）档，先用红表笔接一个管脚，黑表笔接另一个管脚，可测出两个电阻值，然后再用红表笔接另一个管脚，重复上述步骤，又测得一组电阻值，这样测3次，其中有一组两个阻值都很小的，对应测得这组值的红表笔接的为基极，且管子是PNP型的；反之，若用黑表笔接一个管脚，重复上述做法，若测得两个阻值都小，对应黑表笔为基极，且管子是NPN型的。
判别集电极
因为三极管发射极和集电极正确连接时β大（表针摆动幅度大），反接时β就小得多。因此，先假设一个集电极，用欧姆档连接，（对NPN型管，发射极接黑表笔，集电极接红表笔）。测量时，用手捏住基极和假设的集电极，两极不能接触，若指针摆动幅度大，而把两极对调后指针摆动小，则说明假设是正确的，从而确定集电极和发射极。
电流放大系数β的估算
选用欧姆档的R*100（或R*1K）档，对NPN型管，红表笔接发射极，黑表笔接集电极，测量时，只要比较用手捏住基极和集电极（两极不能接触），和把手放开两种情况小指针摆动的大小，摆动越大，β值越高。
检测更换
电路中的晶体管主要有晶体二极管、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，如何正确地判断二、三极管的好坏等是学维修关键之一。
1晶体二极管：首先我们要知道该二极管是硅管还是锗管的，锗管的正向压降一般为0.1伏～0.3伏之间，而硅管一般为0.6伏～0.7伏之间。测量方法为：用两只万用表测量，当一只万用表测量其正向电阻的同时用另外一只万用表测量它的管压降。最后可根据其管压降的数值来判断是锗管还是硅管。硅管可用万用表的R×1K挡来测量，锗管可用R×100挡来测。一般来说，所测的二极管的正反向电阻两者相差越悬殊越好。一般如正向电阻为几百到几千欧，反向电阻为几十千欧以上，就可初步断定这个二极管是好的。同时可判定二极管的正负极，当测得的阻值为几百欧或几千欧时，为二极管的正向电阻，这时负表笔所接的为负极，正表笔所接的为正极。另外，如果正反向电阻为无穷大，表示其内部断线；正反向电阻一样大，这样的二极管也有问题；正反向电阻都为零表示已短路。
2晶体三极管：晶体三极管主要起放大作用，判测三极管的放大能力的方法是：将万用表调到R×100挡或R×1K挡，当测NPN型管时，正表笔接发射极，负表笔接集电极，测出的阻值一般应为几千欧以上；然后在基极和集电极之间串接一个100千欧的电阻，这时万用表所测的阻值应明显的减少，变化越大，说明该三极管的放大能力越强，如果变化很小或根本没有变化，那就说明该三极管没有放大能力或放大能力很弱。
电极的判断方法
测量的锗管用R*100档，硅管用R*1k档，先固定红表笔与任意一支脚接触，黑表笔分别对其余两支脚测量。看能否找到两个小电阻，若不能再把红表笔移向其他的脚继续测量照顾到两个小电阻为止，若固定红线找不到两个小电阻，可固定黑表笔继续查找。
当找到两个小电阻后，所固定的一支表笔所用的为基极。若固定的表笔为黑笔，则三极管为NPN型，若固定的为红笔，则该管为PNP。
A.判断ce极电阻法
用万用表测量除基极为的两极的电阻，交换表笔测两次，如果是锗管，所测电阻较小的一次为准，若为PNP型，测黑表笔所接的为发射极，红表笔接的是集电极，若为NPN型，测黑表笔所接的为集电极，红表笔接的是发射极；如果是硅管，所测电阻较大的一次为准，若为PNP型，测黑表笔所接的为发射极，红表笔接的是集电极，若为NPN型，测黑表笔所接的为集电极，红表笔接的是发射极。
B.PN结正向电阻法
分别测两PN结的正向电阻，较大的为发射极，较小的为集电极。
C.放大系数法
用万用表的两支表笔与基极除外的两支脚接触，若为PNP，则用手指接触基极与红笔所接的那一极看指针摆动的情况，然后交换表笔测一次，以指针摆动幅度大的一次为准，这时，接红表笔的为集电极；若为NPN，则用手指接触基极与红笔所接的那一极看指针摆动的情况，然后交换表笔测一次，以指针摆动幅度大的一次为准，这时，接黑表笔的为集电极。
注意：模拟表和数字表的区别，模拟表的红表笔接的是电源的负极，而数字表相反。
